Thí nghiệm: Khảo sát lực quán tính li tâm

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.. Dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng KS lực quán tính li tâm , có các

Khảo sát vật chuyển động

trên quỹ đạo tròn Lực quán tính li tâm

3

B

L1

B L2

Khảo sát vật chuyển động trên quỹ đạo tròn

Lực quán tính li tâm

3

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 TIẾN 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

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

B

L1

B L2

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 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 m1 = m2 , đặt ở hai vị trí

có bán kính quay như nhau R1 = R2 Đai truyển lắp trên hai puli có bán kính như nhau để cho tốc độ quay ω1 = ω 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 F1 = F2

*Thay đổi tỷ số đai truyền sao cho ω1 = 2ω2 Rút ra nhận xét.F1 =4 F2

*Thay đổi tỷ số đai truyền sao cho ω1 = 3ω2 Rút ra nhận xét.F1 =9F2 Kết luận : F ∼ ω2

1: 1 3: 1 2: 1

Bảng 1: Lực quán tính li tâm F và vân tốc góc ω

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 : R1= R2 Thực hiện TN

Rút ra nhận xét F1 = 2F2

Lực hướng tâm tỷ lệ với khối lượng m của vật

Bảng 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 R1 = 2R2,

* Rút ra nhận xét F1 =2 F2

Lực hướng tâm tỷ lệ với bán kính quay R

Bảng 3: Lực quán tính li tâm F

và bỏn kớnh quĩ đạo quay R

IV Kết quả thí nghiệm

Bảng 2: Lực quán tính li tâm F

và khối lương m

Bảng 1: Lực quán tính li tâm F

và vân tốc góc ω

Bảng 3: Lực quán tính li tâm F

và bỏn kớnh quĩ đạo quay R

1: 1

3: 1

2: 1

1:1

3:1

2:1

1:1 3:1 2:1

Nhận xét :

Kết luận :

F ∼ m.n 2 R

F = m.ω2 R

ω = 2πn