Bài giảng Vật lí 10 - Bài 14: Lực hướng tâm - Năm học 2022-2023 - Hà Hoàng Nam - Trường THPT Đông Tiền Hải

 Isaac Newton (1643-1727) 
Isaac Newton đã mô tả lực hướng tâm trong cuốn Principia của ông. 
LỰC HƯỚNG TÂM 
Giới thiệu về Lực Hướng Tâm 
Giới thiệu về Gia Tốc Hướng Tâm 
Kết Luận 
Ứng dụng của lực hướng tâm 
Nhắc lại các công thức đã học trong chuyển động tròn đều: 
Tốc độ góc: 
Chu kì: 
Tần số: 
Giới thiệu về Lực Hướng Tâm 
Lực (hay hợp lực của các lực) tác dụng vào một vật chuyển động tròn đều và gây ra cho vật gia tốc hướng tâm gọi là lực hướng tâm. 
Điểm đặt: Đặt lên tâm chuyển đông 
Phương: Trùng với bán kính quỹ đạo 
Chiều: hướng vào tâm quay 
Nếu vật chuyển động với vận tốc đều theo đường tròn thì gọi là lực hướng tâm. 
Vật có hướng dọc theo tâm đường tròn 
từ vật tiến sát tâm. 
Vật có hướng dọc theo tâm đường tròn tính từ tâm đến gần vật. 
Nếu một vật chuyển động tròn mà chịu tác dụng của một lực hướng ra thì lực này được gọi là lực li tâm. 
Sự khác biệt giữa lực hướng tâm và lực ly tâm: 
Lực ly tâm 
Lực hướng tâm 
Biểu thức lực hướng tâm : 
 + Fht: là lực hướng tâm (N) 
 + aht: là gia tốc hướng tâm (m/s2) 
 + m: là khối lượng của vật (kg) 
 + r : là bán kính quỹ đạo tròn (m) 
 + v: là tốc độ dài của vật chuyển động tròn đều (m/s) 
 + ω: là tốc độ góc của vật chuyển động tròn đều (rad/s) 
Gia tốc hướng tâm : 
v: tốc độ dài (m/s) 
r: bán kính của đường tròn(m) 
ω: tốc độ góc (rad/s) 
Với bài toán tính áp lực vật tại điểm cao nhất của vòng cầu thì: 
Cầu vòng lên: 
P − N = maht ⇔ N = P − Fht 
Cầu vòng xuống (cầu lõm): 
N − P = maht ⇔ N = P + Fht 
N − P = V ⇔ N = P + Fht 
Trong thực tế khi làm cầu vòng lên sẽ làm giảm áp lực do xe tác dụng lên mặt cầu một lượng bằng độ lớn của lực hướng tâm, làm cho cầu an toàn và bền hơn. Còn đối với cầu võng xuống thì ngược lại. 
1. Đặt một vật lên bàn và bắt đầu quay tròn đều, với vận tốc quay vừa đủ vật vẫn nằm im trên bàn nhờ lực ma sát nghỉ => lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực hướng tâm. 
2. Một vật được gắn chặt vào đầu một sợi dây sau đó quay nhanh đều sợi dây. Ta thấy vật chuyển động tròn quanh quỹ đạo, nếu buông tay vật sẽ bị văng ra khỏi quỹ đạo tròn => chứng tỏ lực căng của sợi dây đã giữ cho vật chuyển động tròn đều => lực căng đóng vai trò lực hướng tâm. 
3. Lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vệ tinh nhân tạo đóng vai trò lực hướng tâm, giữ cho vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất. 
Tipsy Tray được thiết kế dựa trên nguyên tắc hoạt động của lực hướng tâm. Khi người dùng cầm vào thanh cán, phần vai của họ sẽ trở thành tâm quay. Khi những đồ vật trên khay có dấu hiệu sẽ rơi ra ngoài (vì lực hút của Trái Đất), chiếc khay sẽ tự điều chỉnh hướng theo đường tròn để giữ cho mọi thứ ổn định, và thậm chí là cả nước hay cafe bên trong cốc cũng sẽ được giữ nguyên. 
Chiếc khay thần kỳ (Tipsy Tray) áp dụng lực hướng tâm 
Chiếc máy bay đang lượn vòng. Để chuyển hướng, người phi công làm nghiêng cánh máy bay. 
Máy bay chịu tác dụng của trọng lực P , lực nâng của không khí N, ngoài ra còn có lực của động cơ máy bay F, phản lực của không khí Q tuy nhiên 2 lực F và Q không đóng vai trò lực hướng tâm (vì 2 lực này có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ). 
Trong trường hợp này thành phần vuông góc theo phương ngang của lực nâng N (mũi tên màu đen) đóng vai trò lực hướng tâm có độ lớn: N.cosα=m.v^2/r 
Lực hướng tâm không phải là loại lực mới, mà chỉ là một trong các lực: hấp dẫn, đàn hồi, ma sát hay hợp lực của các lực đó. Vì nó gây ra gia tốc hướng tâm nên gọi là lực hướng tâm. 
Ứng dụng của lực hướng tâm 
Lực hướng tâm có nhiều ứng dụng trong vật lý và kỹ thuật. Ví dụ, nó được sử dụng để tính toán động lực học của các hệ thống vật chất như hệ mặt trời hoặc các hệ thống sao và hành tinh. 
Trong cơ học lượng tử, lực hướng tâm được sử dụng để mô tả sự tập trung của các hạt trong một hệ thống hạt nhỏ. Điều này rất quan trọng trong việc nghiên cứu các hạt nhỏ như electron và proton. 
Nhấp vào 'Đi đến phòng ghi hình', nơi bạn có thể chọn nguồn video và âm thanh cho bản thuyết trình của mình. 
Thoải mái chọn 'Không máy ảnh' và chỉ ghi lại giọng nói của bạn. 
Bắt đầu ghi hình, và nhấn tạm dừng giữa mỗi lần ghi hình nếu cần. 
Lực hướng tâm là một khái niệm quan trọng trong vật lý và cơ học lượng tử. Nó được sử dụng để mô tả sự tập trung của các vật chất vào một điểm duy nhất và có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. 
Từ vật lý thiên văn đến kỹ thuật cơ khí, lực hướng tâm đã giúp chúng ta hiểu được nhiều hiện tượng tự nhiên và phát triển các công nghệ mới. Việc hiểu và áp dụng lực hướng tâm là rất quan trọng trong việc tiến bộ và phát triển của con người. 
Kết Luận