Lực ly tâm là gì? Công thức tính và ứng dụng

Lực ly tâm trong vật lý là một thuật ngữ khá quen thuộc với chúng ta. Ngày nay, người ta đã ứng dụng lực ly tâm trong khá nhiều hoạt động hữu ích. Không chỉ xây dựng mà cả ngành y tế cũng dùng những thiết bị có sử dụng tới lực ly tâm. Vậy lực ly tâm là gì? Hãy cùng dõi theo Tổng Kho Valve cùng bài viết sau để có cho mình câu trả lời nhé.

1. Lực ly tâm là gì?

Lực ly tâm là 1 lực giả trong 1 chuyển động tròn. Nó tác dụng dọc theo bán kính và hướng ra xa tâm của đường tròn. Đối với ứng dụng trong hệ qui chiếu quán tính thì lực ly tâm được cho là không tồn tại. Nó chỉ có thể đo lường và tác động rõ nét khi chuyển từ hệ quy chiếu mặt đất hay quán tính thành hệ quy chiếu quay, phi quán tính.

Lực ly tâm có đơn vị đo lường trong vật lý là N (newton).

2. Công thức tính lực ly tâm là gì?

Lực ly tâm tái hiện 1 hiện tượng thực tiễn. Người ta thực hiện đổi ngược hướng của lực thông thường để tạo ra và quan sát lực ly tâm.

Công thức tính lực ly tâm là:

F = −mv2r

Trong đó:

• F: lực ly tâm
• m: khối lượng của vật thể
• v: tốc độ hoặc vận tốc của vật thể
• r: bán kính đường tròn

3. Biểu hiện của lực ly tâm là gì trong các hoạt động thực tiễn

Lực ly tâm tác động lên hầu hết các vật thể chuyển động dưới dạng đường trong nếu xét theo hệ quy chiếu quay. 1 số ví dụ về Lực ly tâm có thể nhận thấy rõ nét như:

• Trọng lượng của một vật ở hai cực và ở đường xích đạo
• Xe đạp khi rẽ hướng
• Xe cộ chạy quanh khúc cua
• Đường sắt ở mặt cua

4. Sự khác nhau giữa lực hướng tâm và lực ly tâm là gì?

4.1. Lực hướng tâm là gì?

Lực hướng tâm là lực tác dụng lên những đối tượng vật chất có chuyển động cong hướng về trục quay hoặc tâm đường tròn. Đơn vị đo tương tự như lực ly tâm là N – newton.

Lực hướng tâm được tính toán bằng tích của khối lượng (kg) và vận tốc tiếp tuyến (m/s), sau đó chia cho bán kính (m). Công thức này hàm ý rằng nếu tăng gấp đôi vận tốc tiếp tuyến, thì khi đó lực hướng tâm sẽ tăng hơn 4 lần. Về mặt công thức, nó được viết dưới dạng:

F = mv2/r

Trong đó:

• F: lực hướng tâm
• m: khối lượng của vật
• v: tốc độ hoặc vận tốc của vật
• r: bán kính.

4.2. Sự khác nhau giữa lực hướng tâm và lực ly tâm là gì?

Thứ nhất, lực hướng tâm là thành phần của lực tác dụng lên vật theo chuyển động cong có hướng về trục quay hoặc tâm cong. Trong khi đó, lực ly tâm là lực giả trong một chuyển động tròn, tác dụng dọc theo bán kính và hướng ra xa tâm của đường tròn.

Thứ hai, lực hướng tâm được quan sát từ hệ quy chiếu quán tính. Còn lực ly tâm được quan sát từ hệ quy chiếu phi quán tính.

Thứ ba, nếu ô tô đi qua khúc quanh trên đường tròn nằm ngang thì lực hướng tâm do lực ma sát giữa lốp xe và mặt đường cung cấp cho phép ô tô quay đầu. Mặt khác, khi xe ô tô đang chuyển động đột ngột rẽ sang trái, hành khách trên xe bị đẩy ra phía ngược lại. Điều này là do lực ly tâm tác động lên hành khách.

5. Máy ly tâm là gì?

Máy ly tâm được sử dụng trong các phòng thí nghiệm khác nhau để tách dung dịch, khí hoặc chất lỏng dựa trên tỷ trọng. Ngoài ra, máy ly tâm còn thường được ứng dụng nhằm làm sạch tế bào, bào quan, vi rút, protein và axit nucleic.

Một ví dụ về việc sử dụng máy ly tâm trong môi trường lâm sàng là để tách các thành phần máu toàn phần. Các xét nghiệm khác nhau yêu cầu huyết thanh hoặc huyết tương có thể thu được bằng cách ly tâm.

6. Các yếu tố ảnh hưởng tới tác dụng ly tâm của máy ly tâm là gì?

6.1. Thời gian ly tâm

Thời gian ly tâm là một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả ly tâm. Thời gian ly tâm cần thiết cho các phương pháp ly tâm khác nhau sẽ khác nhau. Đối với ly tâm vi sai, thời gian ly tâm là thời gian khi một hạt nào đó hoàn toàn lắng xuống đáy của ống ly tâm. Đối với ly tâm gradient mật độ iso, thời gian ly tâm đề cập đến thời gian cân bằng mà tại đó hạt hoàn toàn đạt đến điểm mật độ iso. Thời gian ly tâm của ly tâm gradient mật độ đề cập đến thời gian hình thành một vùng xác định rõ. Đối với hai phương pháp ly tâm sau, thời gian hình thành vùng yêu cầu hoặc thời gian cân bằng là phức tạp và có thể được xác định sau khi thử nghiệm.

6.2. Tốc độ ly tâm

Tốc độ quay của máy ly tâm chủ yếu được quyết định bởi tốc độ quay của rôto và bán kính quay của các hạt. Khi mô tả các điều kiện ly tâm, nó thường được biểu thị bằng trường lực ly tâm tương đối. Trong công việc thực tế, dữ liệu của trường lực ly tâm đề cập đến giá trị trung bình. Nghĩa là đề cập đến trường lực ly tâm của các hạt tại điểm trong dung dịch ly tâm.

6.3. Nhiệt độ của môi trường ly tâm và pH

Giá trị pH của môi trường ly tâm thường được đặt trong phạm vi pH mà enzyme ổn định. Trong thử nghiệm, người ta thực hiện cân đo, và môi trường của chính máy ly tâm bị ăn mòn bằng cách tránh môi trường peracid hoặc nhiều bazơ.

Khi làm việc với máy ly tâm, ngoài việc đặc biệt chú ý đến lựa chọn môi trường ly tâm, chúng ta còn phải kiểm soát nhiệt độ và pH của dung dịch môi trường để ngăn ngừa sự ngưng kết, biến tính và khử hoạt tính của các chất được tách ra. Người ta thường kiểm soát nhiệt độ ly tâm đến khoảng 4°C. Đối với một số enzyme có độ bền nhiệt tốt cũng có thể tiến hành ly tâm ở nhiệt độ phòng.

7. Lời kết

Tổng kết lại, với bài viết trên đây, Tổng Kho Valve đã tổng hợp cho bạn đọc những thông tin liên quan tới lực ly tâm là gì, đơn vị tính và ví dụ thực tiễn. Ngoài ra, chúng ta cần phân biệt được lực ly tâm và lực hướng tâm, cùng những yếu tố ảnh hưởng tới thiết bị sử dụng lực ly tâm. Từ đó có những ứng dụng nghiên cứu chính xác hơn.