Ứng dụng của chuyển động li tâm

Ứng dụng của chuyển động li tâm Hệ quy chiếu quay giúp chúng ta có thể tạo ra trường gia tốc nhân tạo với độ lớn điều khiển được bằng tốc độ quay và khoảng cách tới tâm quay.. Khi tốc

Ứng dụng của chuyển động li tâm Vận tốc vũ trụ và vệ tinh nhân tạo

I Ứng dụng của chuyển động li tâm

 Hệ quy chiếu quay giúp chúng

ta có thể tạo ra trường gia tốc

nhân tạo với độ lớn điều khiển

được bằng tốc độ quay và

khoảng cách tới tâm quay

Trường gia tốc nhân tạo có thể

được ứng dụng các trạm vũ

trụ, như trạm vũ trụ quốc tế,

tạo ra một môi trường giúp phi

hành gia có cảm giác về trọng

lượng biểu kiến, như môi

trường sống quen thuộc trên

Trái Đất Khả năng điều khiển

cảm giác về trọng lượng biểu

kiến của trường gia tốc ly tâm

cũng được ứng dụng trong

 Trong trường gia tốc, vật

có khối lượng riêng thấp

có xu hướng nổi lên trên

các vật có khối lượng

riêng lớn hơn; giúp phân

tích các vật chất thành

nhiều thành phần Đây là

ứng dụng trong máy phân

tích ly tâm Trường gia

tốc ly tâm mạnh trong

máy giặt giúp vắt khô

quần áo khi trống vắt

 Một ứng dụng kinh điển của lực ty tâm trong cơ khí là bộ điều tốc ly tâm Khi tốc độ quay của động cơ tăng, các quả nặng (miêu tả trong hình vẽ) chịu lực ly tâm lớn hơn, văng xa ra hơn và khép lại đường ống nhiên liệu của động cơ (hoặc, một cách tổng quát, giảm nguồn

năng lượng cho động cơ); điều này dẫn đến tốc độ động cơ giảm lại Khi tốc độ động cơ xuống thấp, lực ly tâm lên các quả nặng

giảm, các quả nặng bị trọng lực kéo xuống và mở rộng đường ống nhiên liệu; điều này làm tốc độ động cơ tăng trở lại Đây là một ví

dụ của hoàn ngược âm, giúp điều tiết và giữ tốc độ quay của động

cơ ổn định Lực ly tâm cũng được dùng trong bộ ly hợp tự động của một số xe máy hay ô tô Khi tốc độ quay của động cơ đạt đến

ngưỡng thích hợp, lực ly tâm lên các quả nặng trong bộ ly hợp sẽ

đủ lớn đến khép chặt các tiếp xúc và chuyển bộ ly hợp sang trạng thái truyền lực khiến xe chuyển bánh Khi tốc độ động cơ dưới

ngưỡng, lực ly tâm không đủ lớn và bộ ly hợp ngắt lực truyền, giúp

xe đứng tại chỗ nhưng động cơ vẫn nổ máy

Một số hình ảnh về ứng dụng của lực li tâm

II Vận tốc vũ trụ

 Vận tốc vũ trụ hay tốc độ vũ trụ hay tốc độ thoát hay vận tốc thoát ly là

tốc độ một vật cần có để nó chuyển động theo quỹ đạo tròn gần bề mặt của một vật thể khác hoặc thoát ra khỏi trường hấp dẫn của vật thể khác Trong

Thái Dương Hệ thì có thể giải thích các cấp độ này như sau:

 Vận tốc vũ trụ cấp 1

 Vận tốc vũ trụ cấp 2

 Vận tốc vũ trụ cấp 3

 Vận tốc vũ trụ cấp 4

1/ Vận tốc vũ trụ cấp 1

 Vận tốc vũ trụ cấp 1 hay tốc độ

vũ trụ cấp 1 là tốc độ một vật cần

có để nó chuyển động theo quỹ

đạo tròn gần bề mặt của một hành

tinh hay thiên thể chủ Nó cũng là

tốc độ tối thiểu của một vệ tinh

phải có để không bị rơi xuống bề

mặt thiên thể chủ Nguyên nhân

giúp vệ tinh đó tiếp tục chuyển

động trên quỹ đạo mà không rơi

vào bề mặt hành tinh chính là sự

cân bằng giữa lực hấp dẫn và lực

quán tính li tâm do vật chuyển

động tròn có được Một cách nói

khác, khi xét hệ qui chiếu gắn với

thiên thể chủ, lực hấp dẫn đóng

vai trò là lực hướng tâm giúp vật

chuyển động tròn

 Từ điều kiện lực hấp dẫn bằng lực quán tính ly tâm, ta suy ra:

 Ở đây:

 v là tốc độ bay trên quỹ đạo của vật thể

 m là khối lượng vật thể

 g là gia tốc trọng trường gây ra bởi thiên thể chủ gần bề mặt

 R là bán kính thiên thể chủ

 Với Trái Đất thì vận tốc vũ trụ cấp 1 xấp xỉ bằng 7,9 km/s:

 Chú ý, gia tốc trọng trường g có thể được tính theo công thức định luật vạn vật hấp dẫn của Newton :

 với G là hằng số hấp dẫn và M là khối lượng thiên thể chủ.

 Những vật chuyển động với tốc độ lớn hơn tốc độ vũ trụ cấp 1 nhưng nhỏ hơn tốc độ vũ trụ cấp 2 cũng vẫn sẽ chuyển động quanh hành tinh nhưng với quỹ đạo hình elip

2/Vận tốc vũ trụ cấp 2

 Tốc độ vũ trụ cấp 2, còn

gọi là vận tốc vũ trụ cấp

2 hay vận tốc thoát ly, là

giá trị vận tốc tối thiểu

một vật thể cần có để có

thể thoát ra khỏi trường

hấp dẫn của một hành

tinh.

 Với Trái Đất giá trị này

vào khoảng 11,2 km/s,

theo công thức

 v1 là vận tốc vũ trụ cấp 1

 Sau đây là cách dùng định luật bảo toàn cơ năng để xác lập biểu thức này:

 Cơ năng nơi phóng =

 Cơ năng khi vật thoát khỏi lực hấp dẫn= động năng + thế năng

 Vận tốc tối thiểu được xác định trong trường hợp giá trị vận tốc của vật khi thoát khỏi lực hấp dẫn Trái Đất bằng

0 tức là động năng bằng 0 Mà khi đó thế năng hẫp dẫn cũng bằng 0 do vật đã thoát ra khỏi trường hấp dẫn của hành tinh, do đó trong trường hợp này cơ năng khi vật

 Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng:

 Cơ năng nơi phóng = Cơ năng khi vật thoát khỏi lực hấp dẫn=0

 vì

 Trong trường hợp vật phóng từ Trái Đất với vận tốc lớn hơn nhưng nhỏ hơn vận tốc vũ trụ cấp

3 thì vật đó sẽ chuyển động quanh Mặt Trời.

3/ Vận tốc vũ trụ cấp 3

 Vận tốc vũ trụ cấp 3 là giá trị

tối thiểu để vật phóng từ Trái

Đất thoát ra khỏi trường hấp

dẫn của Mặt Trời Nếu dùng

cách tính như đã dùng để

tính vận tốc vũ trụ cấp 2 thì

vận tốc tối thiểu sẽ là

42,1 km/s Tuy nhiên vì Trái

Đất chuyển động quanh Mặt

Trời với vận tốc dài khoảng

29,8 km/s, ta chỉ cần cung cấp

một vận tốc có độ lớn

12,3 km/s có phương cùng với

phương của véc tơ vận tốc dài

 Do đó vận tốc thực cần phóng để vật thoát khỏi trường hấp dẫn của Mặt Trời là:

 Hay nói cách khác vận tốc vũ trụ cấp 3 đối với vật trên mặt đất là

16,6 km/s.

4/ Vận tốc vũ trụ cấp 4

 Nếu đủ lớn sẽ thoát ra khỏi lực hấp dẫn của Ngân Hà: 525 km/s

III Vệ tinh viễn thông

làm vệ tinh viễn thông

động nằm trong mặt phẳng của xích đạo và ở cách tâm Trái đất 42000 km

đúng bằng chu kì quay của Trái đất quanh trục của nó (T=24h) Do đó chúng đứng yên tương đối so với Trái đất Vì vậy, từ một máy phát trên trái đất có thể phát một chùm sóng vô tuyến cực ngắn luôn hướng tới vệ tinh

Vệ tinh thu chùm sóng và phát về chạm thu trên mặt đất.

bầu khí quyển nên vùng phủ sóng lá rất rộng Hơn nữa,chúng không bị sức cản của không khí nên có thể ở lâu dài

THÀNH VIÊN TRONG NHÓM

 Phan Thị Phương Mai

 Nguyễn Thị Ngọc Mai

 Nguyễn Phương Anh

 Nguyễn Mai Huệ