Lực ly tâm là gì? Tìm hiểu các ứng dụng của lực ly tâm

Lực ly tâm là gì? Ứng dụng của lực ly tâm ra sao? Đó là thắc mắc của khá nhiều bạn đọc khi nghe nhắc đến loại lực này. Và trong bài viết ngày hôm nay, chúng tôi sẽ giúp các bạn giải đáp những thắc mắc đó. Cùng chúng tôi tìm hiểu ngay nhé.

Lực ly tâm là gì

Lực ly tâm là gì?

Lực ly tâm là một lực quán tính, xuất hiện ở trên mọi vật khi chúng nằm yên trong hệ quy chiếu quay so với một hệ quy chiếu quán tính. Đây là hệ quả của trường gia tốc, xuất hiện trong hệ quy chiếu phi quán tính, cụ thể là hệ quy chiếu quay. Chúng ta cũng có thể hiểu rằng, lực ly tâm chính là phản lực của lực hướng tâm tác động vào vật đang chuyển động theo một đường cong với thành phần lực vuông góc với vận tốc, làm đổi hướng vận tốc. Nhờ đó, vật được giữ nằm cân bằng trong hệ quy chiếu quay.

Theo định luật 1 Newton, trong hệ quy chiếu quán tính, khi không có lực gì tác động vào các vật thể thì chúng sẽ giữ chuyển động thẳng đều. Tuy nhiên, chuyển động thẳng đều này lại lệch so với chuyển động quay của hệ quy chiếu quay. Ví dụ như một người ngồi trong xe ô tô đang đổi hướng, nếu không có lực ma sát giữa người với ghế thì người này sẽ tiếp tục đi thẳng, còn ô tô và ghế đổi hướng. Người này sẽ bị dịch chuyển một cách tương đối và lệch khỏi ghế.

Nhìn vào trong hệ quy chiếu quay, các vật thể ban đầu vốn chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu quán tính sẽ bị đẩy ra theo phương xuyên tâm quay và lực đẩy vật ra chính là lực ly tâm.

Lực ly tâm kéo các vật thể quay ra ngoài

Ứng dụng của lực ly tâm

- Tách phân tử và đồng vị: Máy ly tâm tốc độ cực cao và máy siêu ly tâm quay với tốc độ cao đến mức chúng có thể tách được các phân tử có khối lượng khác nhau, thậm chí là đồng vị của nguyên tử. Loại máy này được ứng dụng trong các nghiên cứu khoa học và chế tạo nhiên liệu hạt nhân, vũ khí hạt nhân. Ví dụ như loại máy ly tâm khí có thể được dùng để làm giàu uranium. Khi máy hoạt động, các đồng vị nặng sẽ bị kéo ra ngoài nhiều hơn các đồng vị nhẹ.

- Cô lập các thành phần của chất lỏng và huyền phù không có khả năng phân hủy, cụ thể là tách các thành phần máu, cô lập ADN và làm sạch các mẫu hóa chất.

Trong phòng thí nghiệm, loại máy ly tâm được sử dụng cũng có tốc độ quay cao và chúng có kích thước đa dạng, có thể là loại lớn đặt trên sàn hoặc loại nhỏ đặt trên bàn. Loại máy ly tâm phòng thí nghiệm có 1 rotor với các lỗ khoan góc dùng để giữ các ống mẫu. Do các ống mẫu được cố định ở một góc và lực ly tâm tác dụng trong mặt phẳng nằm ngang nên các hạt sẽ di chuyển một khoảng rất nhỏ trước khi va vào thành ống. Nhờ đó mà các vật liệu dày đặc sẽ trượt xuống. 

Máy ly tâm phòng thí nghiệm

- Mô phỏng trọng lực cao: Các loại máy ly tâm lớn có thể được sử dụng để mô phỏng trọng lực cao. Chúng thường có kích thước bằng một căn phòng hoặc một tòa nhà. Loại máy này được sử dụng để đào tạo phi công thử nghiệm và tiến hành các nghiên cứu khoa học liên quan đến trọng lực. Ngoài ra, nó cũng được dùng làm trò chơi trong công viên giải trí. 

- Các loại máy ly tâm công nghiệp được dùng để tách các thành phần của chất keo như kem và bơ từ sữa hoặc dùng trong sản xuất hóa chất, làm sạch chất rắn từ dung dịch khoan, làm khô vật liệu và loại bỏ bùn trong xử lý nước thải. 

- Tách chất lỏng khỏi vật/chất rắn: Trong cuộc sống hàng ngày, lực ly tâm cũng được ứng dụng cho rất nhiều loại máy, điển hình là máy giặt. Máy giặt sử dụng lực ly tâm trong chu kỳ vắt để tách nước khỏi quần áo, chăn ga,…đồ giặt. Hay như các loại máy dùng để làm khô rau sau khi rửa.

Máy ly tâm - Thiết bị ứng dụng điển hình của lực ly tâm

Máy ly tâm là thiết bị thực hiện quá trình phân ly dựa trên trường lực ly tâm để tách riêng hỗn hợp của 2 pha rắn – lỏng hoặc lỏng – lỏng thành các cấu tử riêng biệt. Hiểu hơn giản thì máy ly tâm là thiết bị dựa vào lực ly tâm để tách các pha rắn khỏi pha lỏng, dựa vào kích thước các hạt và mật độ khác nhau giữa chúng.

Máy ly tâm

Máy ly tâm được theo tên loại lực mà nó ứng dụng, đó là lực ly tâm - lực ảo kéo các vật thể quay ra ngoài. Lực ly tâm trái ngược với lực hướng tâm – lực vật lý thực có tác dụng kéo các vật quay vào trong.

Ví dụ như khi quay một xô nước, nếu tốc độ quay đủ nhanh thì nước sẽ được kéo vào trong và không bị tràn ra ngoài. Nếu xô chứa đầy hỗn hợp của cát và nước thì khi quay, nó sẽ tạo ra sự ly tâm. Theo nguyên lý lắng, cả nước và cát trong xô sẽ bị hút ra phía mép ngoài của xô. Các hạt cát dày đặc sẽ lắng xuống đáy xô còn các phân tử nước do có trọng lượng nhẹ hơn sẽ bị dịch chuyển về phía tâm.

Vậy là chúng tôi đã giúp các bạn giải đáp được lực ly tâm là gì cũng như ứng dụng của lực ly tâm. Hy vọng đây sẽ là những thông tin hữu ích đối với các bạn.