Điều gì xảy ra khi trọng lực bị khử?

Hai ngàn năm trước đây Aristoten đã viết: «Nước không bị đổ ra khói gàu khi quay, — không đổ ra cả khi gàu bị lật ngược, bởi vì chuyển động quay đã ngăn cản điều đó». Thí nghiệm gây ấn tượng mạnh này, mà chắc có nhiều người biết đến, được trình bày trên hình 31: khi quay nhanh cái xô đẩy nước, bạn có thể làm cho nước không đổ, thậm chí cả ở vị trí khi cái xô bị lật úp xuống.

Thường người ta giải thích hiện tượng trên bằng «lực ly tâm». Lực tưởng tượng đó hình như được gắn vào vật và gây nên xu hướng tách vật ra khỏi tâm quay. Nhưng không có lực này: xu hướng đã nêu chẳng qua chí là biểu hiện của quán tính, mà mọi chuyển động theo quán tính thì lại không có sự tham gia của lực. Trong vật lý, lực ly tâm chẳng phải là lực nào khác mà chính là lực thực tếlàm cho vật quay căng sợi dây buộc giữ nó, hay là nén lên đường cong mà nó đi qua. Lực đó không đặt ở vật quay mà đặt vào vật cản ngăn chặn vật quay chuyển động theo đường thẳng: tức là đặt vào sợi dây, vào đường ray & chỗ ngoặt, V. V..

Trở lại với cái xô quay trên hình, chúng ta thứ cốgắng phân tích nguyên nhân của hiện tượng này mà không phải dùng đến cái khái niệm hai ý về «lực ly tâm». Trước hết hãy đặt cho mình câu hỏi: các tia nước sẽ bắn về hướng nào nếu trên thành xô có đục lỗ? Nếu không có trọng lực, tia nước theo quán tính sẽ hướng theo tiếp tuyến AK của đường tròn AB. Nhưng chính vì trọng lực đã làm cho tia nước hạ thấp theo đường cong parabôn AP. Nếu như vận tốc tròn khá lớn thì đường cong này sẽ nằm

Tại sao khi quay cái xô đầy nước mà nước không bị đổ ra ngoài.

ngoài đường tròn AB và nếu không bị thành xô ngăn cản, tia nước sẽ biểu hiện trước mắt chúng ta đường cong mà theo đó nước sẽ «bắn» ra khi quay xô. Bây giờ thì đã rõ là nước không có xu hướng chuyển động xuống dưới, và chính vì thế mà nước không chảy ra ngoài. Nước chảy ra ngoài chỉ trong trường hợp trên thành xô vẽ phía hướng quay của nó có đục 18.

Bây giờ các bạn hãy tính xem cần phải có một vận tốc như thế nào trong thí nghiệm này để khi quay xô có đẩy nước mà nước không bị đổ ra ngoài. Vận tốc này phải bằng một trị số nào đó để cho cái xô quay có gia tốc hướng tâm không nhỏ hơn gia tốc rơi tự do: như vậy khi quay xô, đường cong mà nước có xu hướng chuyển động theo sẽ nằm ngoài đường tròn A B, và do đó ở bất kỳ vị trí nào nước cũng không bị đổ ra ngoài. Công thức để tính gia tốc hướng tâm w như sau:

w = v²/R

ởđây v—vận tốc, R — bán kính đường tròn. Vì gia tốc rơi tự do trên bềmặt Trái Đất g = 9,8 m/s², nênchúng ta có bất đẳng thức

V²/R ≥ 9,8 m/s².

Nếu lấy R bằng 70 cm, ta có:

Dễ dàng tính được là để có một vận tốc như thế, ta cần phải quay cánh tay gần một vòng rưỡi trong một giây. Một gia tốc quay như vậy là hoàn toàn có thể đạt được, và thực hiện thí nghiệm chẳng có khó khăn gì.

Đặc điểm của chất lỏng ép nén vào thành bình khi quay xung quanh trục nằm ngang được ứng dụng trong kỹ thuật đúc ly tâm. Trong đó ý nghĩa quan trọng là chất lỏng không đồng nhất bị tách ra từng lớp theo tỷ trọng: những phần nặng hơn sẽ phân bố cách xa trục quay, những phần nhẹ hơn sẽ ở gần trục quay. Vì thế tất cả các chất khí lẫn lộn trong kim loại nóng chảy và cái gọi là «rỗ tổ ong» được tạo ra trong khi đúc sẽ bị loại khỏi kim loại & phần trong cùng của vật đúc. Sản phẩm được đúc bằng phương pháp như thế rất chắc và không có rò rỗ. Đúc ly tâm rẻ hơn đúc áp suất và không đòi hỏi phải trang bị phức tạp.