Lực quán tính là kiến thức quan trọng trong chương trình học vật lý 10, là một khái niệm phổ thông và được ứng dụng rất nhiều vào thực tế. Tuy nhiên không phải ai cũng biết lực quán tính là gì? Công thức, tính chất của lực quán tính ra sao?…. Cùng tìm hiểu chi tiết về lực quán tính, lực quán tính li tâm,… trong bài viết dưới đây nhé!
Contents
Quán tính là gì?
Quán tính được xác định là lực cản của vật chất hay vật thể nào đó đối với bất kỳ sự thay đổi nào về vận tốc của nó. Sự thay đổi này bao gồm sự thay đổi đối với tốc độ hoặc hướng chuyển động của đối tượng.
Ở một khía cạnh khác, khi không có lực nào tác động lên chúng thì các vật thể sẽ tiếp tục chuyển động trên một đường thẳng với tốc độ không đổi. Xu hướng chuyển động này của vật được gọi là quán tính.
Ví dụ:
- Khi ô tô đang đi trên đường bất ngờ phanh gấp thì người ngồi trong ô tô sẽ có xu hướng bị chúi về phía trước.
- Hai ô tô đang di chuyển cùng vận tốc trên cùng 1 cung đường, nếu hãm phanh với một lực giống nhau thì ô tô có khối lượng lớn hơn sẽ dừng lại chậm hơn so với ô tô có khối lượng nhỏ hơn.
Lực quán tính là gì?
Lực quán tính hay còn được gọi là lực ảo mà trong hệ quy chiếu phi quán tính thì lực quán tính được sinh ra có thể gây ra sự biến dạng và gia tốc cho vật đồng thời không có phản lực.
Trong cơ học cổ điển, trạng thái chuyển động của hệ quy chiếu sẽ quyết định đến lực quán tính tác động lên vật nhưng lúc này lực quán tính không được quy về lực cơ bản. Lý do là vì hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều không có gia tốc với hệ quy chiếu quán tính thì đều là quán tính còn hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc với hệ quy chiếu quán tính thì là phi quán tính.
Trong hệ quy chiếu phi quán tính thì lực quán tính tỉ lệ thuận với khối lượng của vật và gia tốc của hệ quy chiếu đó và lực này thường có hướng ngược lại với hướng của gia tốc.
Trong hệ quy chiếu không quán tính, ta xét vật có khối lượng m đặt trong hệ quy chiếu này. Khi đó, hệ quy chiếu không quán tính sẽ chuyển động cùng với gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính và lực quán tính tác dụng lên vật m phải chịu như sau:
Fqt = -m.a
Trong đó:
- Fqt chính là lực quán tính, đơn vị tính là N.
- a là gia tốc của hệ quy chiếu chuyển động mà vật đặt trong đó, đơn vị m/s2.
- m là khối lượng của vật đang xét.
Khi một hệ quy chiếu có gia tốc cao hơn so với các hệ quy chiếu khác thì lúc này lực quán tính sẽ xuất hiện. Lực quán tính cũng rất tùy ý bởi với 1 hệ quy chiếu có thể có được gia tốc theo bất kỳ phương pháp nào đó. Theo các cách gia tốc thường xảy ra ta có 4 lực quán tính thường được định nghĩa như sau:
- 1 lực gây ra bởi 1 gia tốc bất kỳ tương đối nào đó theo 1 đường thẳng.
- 2 lực được tạo ra bất kỳ bởi một chuyển động quay nào đó.
- Lực Euler được sinh ra bởi tốc độ quay bị thay đổi.
Lực quán tính trong hệ quy chiếu phi quán tính
Lực quán tính trong hệ quy chiếu chỉ có gia tốc tịnh tiến
Tại đây, ta sẽ gọi hệ quy chiếu phi quán tính chuyển động với gia tốc tịnh tiến khi so với hệ quy chiếu quán tính K là hệ quy chiếu K’. Mà trong hệ quy chiếu K’ thì mọi khối lượng m đều phải chịu tác động của lực quán tính tịnh tiến là: Finertia , ta có:
Finertia = -ma
Lực quán tính trong hệ quy chiếu chỉ có chuyển động quay
Trong một hệ quy chiếu có tốc độ góc thì hệ quy chiếu này là hệ quy chiếu quán tính và mọi vật có khối lượng m đều phải chịu tác động của 3 lực quán tính còn lại lần lượt như sau:
Lực quán tính trong hệ quy chiếu tổng quát
Mọi vật có khối lượng m đều phải chịu tác động của 4 lực quán tính nói trên khi xét vật trong hệ quy chiếu phi quán tính K’ quay với tốc độ góc là Ω, tịnh tiến với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính K.
Lực quán tính ly tâm
Một trong số trường hợp đặc biệt của lực quán tính chính là lực quán tính li tâm. Lực quán tính li tâm chỉ xuất hiện khi ta chọn hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động tròn (momen quán tính của hình tròn). Trường hợp này là hệ quy chiếu quay, là hệ quả của trường gia tốc xuất hiện trong hệ quy chiếu không quán tính.
Khi đó, ta sẽ nhìn thấy các vật trong hệ quy chiếu quay vốn chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu quán tính giờ sẽ bị đẩy ra theo phương xuyên tâm quay. Và lực đẩy vật này trong hệ quy chiếu đang xét được xác định lực quán tính li tâm.
Bên trong hệ quy chiếu quay, lực quán tính li tâm này sẽ tác dụng lên vật có phương thẳng nối tâm của đường cong cùng trọng tâm của vật đang chuyển động. Đường cong được tạo ra này có chiều hướng tâm ra phía ngoài. Lực li tâm có tỷ lệ với khối lượng của vật chuyển động, bình phương tốc độ dài nhưng tỷ lệ nghịch với bán kính của đường cong.
Một số ví dụ về lực quán tính trong thực tế
Để minh chứng rõ nét nhất về định nghĩa lực quán tính là gì, mayruaxegiadinh.com.vn sẽ đưa ra một số ví dụ thực tiễn về lực quán tính trong cuộc sống hằng ngày. Cụ thể như:
- Hai đội trong khi đang kéo co thì một đội đột ngột thả tay ra, đội còn lại hiển nhiên sẽ bị ngã về phía kéo của sợi dây đó.
- Xe buýt đang chạy bình thường trên đường nhưng đột ngột thắng lại khiến cho các hành khách đang có mặt trên xe sẽ lao về phía trước bởi khi đó có lực quán tính tác động.
- Khi xe đang chạy bình thường nhưng ta đột ngột phanh gấp thì xe sẽ phải trớn thêm một đoạn chứ không dừng ngay lại được là do quán tính.
- Trong khi rũ bụi bẩn khỏi quần áo hay chăn màn rồi đột ngột dừng lại bạn vẫn sẽ thấy bụi bẩn tiếp tục chuyển động và rơi ra khỏi chăn màn, quần áo.
- Khi đóng đinh vào tường, chúng ta dừng lại không tác dụng lực từ búa vào đinh nữa nhưng theo quán tính chúng ta vẫn thấy chiếc đinh tiếp tục lún sâu vào tường.
- Hoặc bút mực của chúng ta khi bị tắc, thường thì chúng ta sẽ vẩy bút thật mạnh mới có thể tiếp tục viết được tiếp. Và lúc này nếu để ý thì mực vẫn tiếp tục chuyển động về phía trước mặc dù khi chúng ta dừng đột ngột.
Kết Luận
Như vậy, lực quán tính xuất hiện và được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống hằng ngày. Hy vọng qua những chia sẻ trên bạn đã hiểu lực quán tính là gì, lực quán tính li tâm cũng như những tính chất của loại lực này.
Cảm ơn bạn đã dành thời gian cho bài viết của chúng tôi. Để xem nhiều bài viết hữu ích vui lòng truy cập vào website của chúng tôi thường xuyên hơn bạn nhé!
