Những đơn vị kiến thức vật lý như quán tính là gì, lực quán tính là gì, lực này từ đâu ra là những lý thuyết quan trọng không chỉ trong sách vở mà còn trong cuộc sống hàng ngày. Để giải thích các hiện tượng tự nhiên đang diễn ra xung quanh chúng ta như lực hấp dẫn của Trái đất hay sự chuyển động của các hành tinh, cuối cùng con người phải viện đến các khái niệm quán tính và lực quán tính sẽ được phân tích trong bài viết của boobooandfivel.com dưới đây.
I. Quán tính là gì?
Quán tính là lực cản của cơ thể đối với những thay đổi về cường độ tốc độ. Điều này bao gồm những thay đổi về tốc độ hoặc hướng chuyển động của một đối tượng. Trong một số khía cạnh của đặc điểm này, chúng ta thấy cơ thể có xu hướng tiếp tục chuyển động theo một đường thẳng với tốc độ không đổi cho đến khi không có lực tác dụng.
Khi một lực tác dụng, tốc độ của tất cả các vật thể có thể thay đổi đột ngột, vì chúng có quán tính. Chúng ta có thể nói rằng quán tính là đặc tính duy trì tốc độ và hướng chuyển động không đổi của một vật thể. Lực tác dụng càng lớn thì vật chuyển động càng nhanh.
Ví dụ: Người ngồi trên ô tô có xu hướng chúi về phía trước khi ô tô phanh gấp do quán tính. Khối lượng của hai vật càng lớn thì chuyển động biến đổi càng chậm. Ví dụ: Hai ô tô có khối lượng khác nhau, nhưng nếu hãm phanh với cùng tốc độ và cùng lực thì ô tô có khối lượng lớn hơn sẽ dừng lại lâu hơn.
II. Lực quán tính là gì
Nó còn được gọi là lực lượng tưởng tượng. Lực này xảy ra trong mọi khối lượng trong một hệ tọa độ phi quán tính. Nói cách khác, lực quán tính là một lực được tạo ra trong một hệ tọa độ phi quán tính, có thể làm biến dạng và tăng tốc cho một vật thể.
Phản lực không sinh ra lực quán tính. Theo lý thuyết cơ học cổ điển, lực quán tính là một loại lực tác dụng lên vật và hoàn toàn có thể phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của hệ quy chiếu. Bên cạnh đó, chúng ta luôn ý thức được sự chuyển đổi của hệ quy chiếu sang một hệ quy chiếu mới, và sức mạnh này sẽ mất đi.
Lực quán tính không bị suy giảm thành loại lực cơ bản luôn có mặt dưới phép biến đổi quy chiếu. Một hệ tọa độ chuyển động thẳng đều đối với một hệ tọa độ quán tính (không chịu ảnh hưởng của gia tốc) được gọi là có quán tính. Một hệ tọa độ tăng tốc trong một hệ quy chiếu quán tính được gọi là phi quán tính. Lực quán tính tỉ lệ thuận với khối lượng của vật và gia tốc của hệ tọa độ phi quán tính so với quán tính. Lực này ngược hướng với hướng của gia tốc.
III. Công thức tính lực quán tính
Xét một vật khối lượng m trong hệ tọa độ phi quán tính. Tại một thời điểm, hệ tọa độ này chuyển động với gia tốc a đối với hệ tọa độ quán tính. Lúc này vật m chịu tác dụng của lực quán tính. Công thức tính lực quán tính trong trường hợp này như sau:
Trong đó:
- Fqt: ký hiệu của lực quán tính (đơn vị: N)
- m: là khối lượng của vật thể
- a: là gia tốc trong hệ quy chiếu chuyển động (đơn vị: m/s2)
Lực quán tính xảy ra khi gia tốc trong một hệ tọa độ lớn hơn trong hệ tọa độ kia. Hệ tọa độ được tăng tốc theo bất kỳ cách nào, do đó lực quán tính có thể tùy ý. Bốn lực quán tính thường được định nghĩa theo cách biểu hiện của gia tốc.
- Lực gây ra bởi gia tốc tương đối trên một đường thẳng Hai lực được hình thành từ chuyển động quay tùy ý (lực quán tính ly tâm và lực Coriolis).
- Lực cuối cùng, còn được gọi là lực Euler, được tạo ra bởi sự thay đổi tốc độ quay.
IV. Tìm hiểu lực quán tính trong các hệ quy chiếu
1. Hệ quy chiếu phi quán tính
Hệ tọa độ chỉ có gia tốc tịnh tiến: Gọi K’ là hệ quy chiếu phi quán tính thì chuyển động có gia tốc tịnh tiến đối với hệ quy chiếu quán tính K. Khối lượng m của hệ quy chiếu K’ luôn chịu tác dụng của lực quán tính tịnh tiến: F quán tính = – hay hệ tọa độ chỉ tồn tại chuyển động quay: Trong hệ quy chiếu quay mà vận tốc góc là hệ quy chiếu quán tính, mọi khối lượng m luôn chịu tác dụng của ba lực quán tính: Đây là độ biến thiên theo thời gian của vận tốc góc vectơ Ω.
Hệ quy chiếu điển hình: Xét một phép tịnh tiến a quay với vận tốc Ω trong một hệ tọa độ phi quán tính K’ và được gia tốc. Trong hệ tọa độ quán tính K’, toàn bộ khối lượng m chịu tác dụng của cả bốn lực quán tính nêu trên.
2. Lực quán tính li tâm
Biết lực hướng tâm là gì thì người ta không thể bỏ qua khái niệm lực ly tâm là gì. Lực quán tính của lực ly tâm có thể gọi là một trường hợp đặc biệt của lực quán tính và chỉ xuất hiện trong khung văn học nói về vật chuyển động tròn đều. Đây là kết quả của trường gia tốc xuất hiện trong một hệ tọa độ không có quán tính. Do đó, trong trường hợp này, nó được gọi là hệ quy chiếu quay.
Trong hệ tọa độ quay, bạn có thể tìm thấy các vật thể chuyển động đều trong hệ tọa độ quán tính và bị ép theo hướng quay xuyên tâm. Lực đẩy Ác-si-mét của vật là lực ly tâm trong hệ quy chiếu Lực ly tâm quán tính thường tác dụng lên vật trong hệ tọa độ quay.
Hướng của nó là đường thẳng nối tâm cong với tâm chuyển động. Hướng từ tâm của đường cong hướng ra ngoài. Lực ly tâm tỉ lệ thuận với khối lượng của vật chuyển động, bình phương vận tốc và tỉ lệ nghịch với bán kính của đường cong.
V. Một số hiện tượng trong thực tế
Lực quán tính có thể hơi khó hiểu đối với chúng ta nếu chỉ dựa trên lý thuyết, cụ thể: Nếu bạn đóng một chiếc đinh vào tường, chiếc đinh sẽ cắm sâu vào tường vì lực quán tính sẽ tác dụng ngay cả khi bạn dừng búa.
Khi thực hiện động tác lấy bụi bẩn ra khỏi cây lau nhà, nếu bạn lắc mạnh rồi dừng lại đột ngột, bụi bẩn sẽ tiếp tục chuyển động theo quán tính và bay ra khỏi thảm. Nếu bút bị tắc mực và đột ngột dừng lại sau khi lắc mạnh bút, mực sẽ tiếp tục di chuyển về phía trước theo quán tính và bút có thể tiếp tục viết.
Khi bút bị dính mực thường lắc bút dữ dội rồi dừng lại đột ngột. Do có lực quán tính sinh ra nên mực vẫn có thể di chuyển về phía trước nên bút vẫn viết được. Trong trò chơi kéo co, nếu một đội đang kéo dây rồi đột ngột thả tay ra thì đội kia sẽ ngã về phía dây đang kéo.
Trong bài viết trên chúng tôi đã làm rõ khái niệm lực quán tính là gì và đưa ra các ví dụ về lực quán tính trong cuộc sống hàng ngày. Qua những thông tin chia sẻ trên đây hi vọng các bạn đã nắm được các công thức tính lực quán tính và các hệ quy chiếu khác nhau để chúng ta áp dụng làm bài tập. Nếu có thắc mắc hãy để lại bình luận và cùng tham khảo không chỉ về lực quán tính mà còn về các đơn vị kiến thức vật lý khác.
