Kh¶o s¸t vËt chuyÓn ®éng trªn quü ®¹o trßn Lùc qu¸n tÝnh li t©m 3 2 1 B L1 B L2 Khảo sát vật chuyển động trên quỹ đạo tròn Lực quán tính li tâm 3 2 1 B L 1 B L 2 I. Mục đích thí nghiệm Thí nghiệm chứng minh lực hướng tâm tỷ lệ với khối lượng của vật, vận tốc góc và bán kính quỹ đạo tròn. II. Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng KS lực quán tính li tâm , có các đặc tính kỹ thuật : * có ba tỷ số tốc độ quay, * có hai tỷ số bán kính quỹ đạo quay. * có hai tỷ số khối lượng của vật tham gia chuyển động tròn. * có hai lực kế 5N. *Hai viên bi thép có khối lượng bằng nhau, một viên bi nhôm có khối lượng bằng nửa viên bi thép. III. TIN hành thí nghiệm Khi ta quay tay quay 3, nhờ các đai truyền kéo cả hai đĩa 1, 2 quay theo. Thay đổi vị trí đai truyền trên các rãnh Puli, ta thay đổi được tỷ số tốc độ quay của hai đĩa. ở tâm mỗi đĩa quay có lắp lực kế lò xo L1 và L2, có các cơ cấu đòn bẩy có thể nén lò xo, đồng thời để lộ ra các vòng màu chỉ thị độ lớn của lực quán tính li tâm. Chọn các viên bi đặt lên các vị trí khác nhau trên giá quay để khảo sát các yếu tố ảnh hư ởng đến lực quán tính li tâm F 3 2 1 B L 1 B L 2 Thí nghiệm chứng minh lực hướng tâm tỷ lệ với khối lượng của vật, vận tốc góc và bán kính quỹ đạo quay. vật chuyển động tròn - lực hướng tâm và lực quán tính ly tâm. 3 1 2 B L1 B L2 Khi ta quay tay quay 3, nhờ các đai truyền kéo c hai đĩa 1, 2 quay theo. Thay đổi vị trí đai truyền trên các rãnh Puli, ta thay đổi được tỷ số tốc độ quay của hai đĩa. ở tâm mỗi đĩa có lắp lực kế lò xo L1 và L2, có các cơ cấu đòn bẩy có thể nén lò xo, đồng thời để lộ ra các vành tròn dùng chỉ thị độ lớn của lực. Trên các rãnh của đĩa ta đặt các viên bi. Nếu đĩa quay đều hoặc vận tốc quay tăng, giảm từ từ, viên bi sẽ được giữ ở trên rãnh và quay theo đĩa. Nếu thay đổi tốc độ quay đột ngột, thành phần gia tốc tiếp tuyến đủ lớn, lực quán tính sẽ làm viên bi văng ra khỏi rãnh, rơi xuống đất. Ngay cả khi đĩa quay đều, do véc tơ vận tốc viên bi luôn hướng theo phương tiếp tuyến với quỹ đạo tròn, làm cho viên bi luôn có khuynh hướng bị văng ra theo phương bán kính. Nhưng nó bị cáí lẫy của cơ cấu đòn bẩy B giữ lại. Thông qua cơ cấu đòn bẩy, lực đàn hồi của lò xo giữ cho viên bi quay đều trên một bán kính xác định. Lực do lẫy tác dụng vào viên bi, có phương dọc theo bán kính, chiều hư ớng vào tâm : đó là lực hướng tâm, giữ cho viên bi chuyển động tròn. Định luật 3 Niu tơn cho ta biết rằng : khi lẫy tác dụng vào viên bi một lực hướng tâm, thì viên bi cũng tác dụng vào lẫy một lực theo hướng ngược lại: đó là lực li tâm. Khi viên bi chuyển động đều trên một quỹ đạo tròn, hai lực này cùng phương, ngược chiều , cùng độ lớn. Độ lớn của các lực này phụ thuộc vào những yếu tố nào ? 1. Vận tốc quay : *Hai viên bi ( thép ) có khối lượng bằng nhau m 1 = m 2 , đặt ở hai vị trí có bán kính quay như nhau R 1 = R 2 . Đai truyển lắp trên hai puli có bán kính như nhau để cho tốc độ quay 1 = 2 . *Quay tay quay, tăng tốc độ hai đĩa từ từ, cho đến một tốc độ ổn định. *Đọc giá trị lực hướng tâm trên hai lực kế, rút ra nhận xét. F 1 = F 2 *Thay đổi tỷ số đai truyền sao cho 1 = 2 2 . Rút ra nhận xét.F 1 =4 F 2 *Thay đổi tỷ số đai truyền sao cho 1 = 3 2 Rút ra nhận xét.F 1 =9F 2 Kết luận : F 2 1: 1 3: 1 2: 1 Bảng 1: Lực quán tính li tâm F và vân tốc góc 2. Khối lượng m của vật : Thay viên bi thép trên đĩa 2 bằng 1 viên bi nhôm có khối lượng bằng nửa khối lượng viên bi thép. Hai viên bi được đặt trên hai vị trí có bán kính quay như nhau : R 1 = R 2 . Thực hiện TN. Rút ra nhận xét. F 1 = 2F 2 Lực hướng tâm tỷ lệ với khối lượng m của vật. Bng 2: Lực quán tính li tâm F và khối lương m 1:1 3:1 2:1 1:1 3:1 2:1 3. Bán kính quay R : *Lắp lại đai truyền trên hai puli có bán kính như nhau. *Đặt hai viên bi thép trên hai vị trí có bán kính khác nhau R 1 = 2R 2 , * Rút ra nhận xét. F 1 =2 F 2 Lực hướng tâm tỷ lệ với bán kính quay R Bảng 3: Lực quán tính li tâm F và bỏn kớnh qu o quay R IV. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm Bảng 2: Lùc qu¸n tÝnh li t©m F vµ khèi l­¬ng m B¶ng 1: Lùc qu¸n tÝnh li t©m F vµ v©n tèc gãc ω B¶ng 3: Lùc qu¸n tÝnh li t©m F vµ bán kính quĩ đạo quay R 1: 1 3: 1 2: 1 1:1 3:1 2:1 1:1 3:1 2:1 NhËn xÐt : . . KÕt luËn : F ∼ m.n 2 .R F = m.ω 2 .R ω = 2πn . lớn của lực quán tính li tâm. Chọn các viên bi đặt lên các vị trí khác nhau trên giá quay để khảo sát các yếu tố ảnh hư ởng đến lực quán tính li tâm F 3. Lùc qu¸n tÝnh li t©m 3 2 1 B L1 B L2 Khảo sát vật chuyển động trên quỹ đạo tròn Lực quán tính li tâm 3 2 1 B L 1 B L 2 I. Mục đích thí nghiệm Thí nghiệm