Lực quán tính là gì, các ví dụ về lực quán tính

Ghi chú: Tài liệu trích dẫn

Lực quán tính là một trong những chương trình học quan trọng trong vật lý 10. Tuy nhiên, không phải ai cũng giải thích được khái niệm lực quán tính là gì? Công thức tính như thế nào? Vậy thì hãy khám phá ngay nội dung thông tin chi tiết trong bài viết dưới đây của Vietlearn.org nhé!

Quán tình là gì?

Quán tính là lực cản của bất kỳ vật thể nào đối với bất kỳ sự thay đổi nào về vận tốc của nó. Điều này bao gồm những sự thay đổi với tốc độ hoặc hướng chuyển động của đối tượng. Ở một khía cạnh của tính chất này là xu hướng của các vật thể tiếp tục chuyển động trên một đường thẳng với tốc độ không đổi và khi không có lực nào tác động lên chúng.

Khi có lực tác dụng, mọi vật đều có thể thay đổi vận tốc đột ngột vì mọi vật đều có quán tính. Nói cách khác, quán tính là tính chất giữ nguyên vận tốc và hướng chuyển động của vật.

Lực tác dụng càng lớn thì biến đổi chuyển động sẽ diễn ra càng nhanh.

Ví dụ như: Người ngồi trên xe ô tô có xu hướng chúi về phía trước khi ô tô phanh gấp do có quán tính.

Hai vật có khối lượng càng lớn thì sự biến đổi chuyển động diễn ra càng chậm

Ví dụ: Hai ô tô có khối lượng khác nhau nhưng chuyển động cùng một vận tốc. Nếu hãm phanh với lực có cùng độ lớn thì ô tô có khối lượng lớn hơn sẽ dừng lại lâu hơn.

Lực quán tính còn có tên gọi khác là lực ảo. Là một lực xuất hiện trên mọi khối lượng trong hệ quy chiếu phi quán tính. Hiểu cách khác, lực quán tính là lực sinh ra trong hệ quy chiếu phi quán tính, lực quán tính có thể gây biến dạng và gia tốc cho vật. Lực quán tính sẽ không có phản lực.

Trong cơ học cổ điển, lực quán tính là lực tác động lên vật, có thể phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái chuyển động của hệ quy chiến. Hơn nữa luôn tìm thấy phép biến đổi hệ quy chiếu để trong hệ quy chiếu mới, lực này sẽ biến mất.

Lực quán tính không thể quy về lực cơ bản, vốn là các lựa không bao giờ biến mất dưới phép biến đổi quy chiếu. Các hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều (không có gia tốc) so với hệ quy chiếu quán tính đều là quán tính. Hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc với hệ quy chiếu quán tính là phi quán tính. Lực quán tính sẽ tỷ lệ thuận với khối lượng vật thể và gia tốc của hệ quy chiếu phi quán tính so với quán tính. Lực này sẽ có hướng ngược lại với hướng của gia tốc.

Lực quán tính được đưa ra trong cơ học cổ điển để giải thích cho hiện tượng cơ học trong hệ quy chiếu phi quán tính. Nếu coi lực quán tính như một thành phần nằm trong các lực tổng cộng thì định luật cơ học đó sẽ được thỏa mãn.

Công thức tính lực quán tính

Xét một vật có khối lượng m nằm trong hệ quy chiếu phi quán tính. Tại một thời điểm nhất định, hệ quy chiếu này sẽ chuyển động với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính. Khi đó vật m sẽ chịu tác lựa quán tính, công thức tính sẽ là:

Trong đó:

Fqt: là lực quán tính (N)

m: là khối lượng của vật

a: gia tốc trong hệ quy chiếu chuyển động (m/s2)

Lực quán tính sẽ xuất hiện khi 1 hệ quy chiếu có gia tốc cao hơn so với hệ quy chiếu khác. Một hệ quy chiếu có thể được gia tốc theo bất kỳ phương pháp nào vì thế lực quán tính sẽ tùy ý. 4 lực quán tính thường được định nghĩa theo cách gia tốc thường xảy ra đó là:

1 lực gây ra bởi 1 gia tốc tương đối bất kỳ theo 1 đường thẳng

Hai lực được tạo ra bất kỳ từ chuyển động quay nào đó (lực coriolis và lực quán tính lý tâm).

Lực cuối hay còn gọi là lực Euler sẽ được sinh ra bởi sự thay đổi của tốc độ quay.

Tìm hiểu lực quán tính

Hệ quy chiếu phi quán tính lực quán

Hệ quy chiếu chỉ có gia tốc tịnh tiến

Ta sẽ gọi K’ là hệ quy chiếu phi quán tính, chuyển động có gia tốc tịnh tiến so với hệ quy chiếu quán tính K. Mọi khối lượng m trong hệ quy chiếu K’ sẽ phải chịu tác động của lực quán tính tịnh tiến Finertial= -ma

Hệ quy chiếu chỉ có chuyển động quay

Trong hệ quy chiếu quay có tốc độ góc là hệ quy chiếu quán tính thì mọi khối lượng m sẽ phải chịu tác động của 3 lực quán tính còn lại đó là:

Trong đó, là sự thay đổi của vectơ tốc độ góc Ω theo thời gian.

Hệ quy chiếu tổng quát

Với hệ quy chiếu phi quán tính K’, quay với tốc độ Ω , có tịnh tiến gia tốc là a so với hệ quy chiếu quán tính K’ thì mọi khối lượng m sẽ phải chịu tác động của 4 lực quán tính kể trên.

Lực quán tính ly tâm

Đây là trường hợp riêng của lực quán tính, nó chỉ xuất hiện khi ta chọn hệ quy chiếu văn với vật có chuyển động tròn. Đây là hệ quả của trường gia tốc, xuất hiện trong hệ quy chiếu không quán tính, mà trong trường hợp này sẽ gọi là hệ quy chiếu quay. Trong hệ quy chiếu quay bạn sẽ thấy các vật thể vốn chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu quán tính và bị đẩy theo phương xuyên tâm quay. Và lực đẩy của vật thể ra trong hệ quy chiếu chính là lực ly tâm.

Lực quán tính ly tâm thường tác dụng lên vật nằm trong hệ quy chiếu quay, có phương là đường thẳng nối tâm của đường cong với tâm của chuyển động. Chiều hướng từ tâm của đường cong sẽ hướng ra phía ngoài. Lực ly tâm sẽ tỷ lệ với khối lượng của vật chuyển động, bình phương tốc độ dài và tỉ lệ nghịch với bán kính của đường cong.

Các ví dụ về quán tính trong cuộc sống

Thật khó để bạn có thể hiểu được lực quán tính, vậy nên Vietlearn.org sẽ lấy ví dụ để minh chứng rõ nét nhất về khái niệm, định nghĩa này. Đó là:

Khi đóng đinh vào tường thì chiếc búa sẽ dừng lại nhưng chiếc đinh vẫn theo quán tính mà lún sâu vào tường.

Khi rũ bụi bẩn khỏi thảm trải sàn hoặc giẻ lau thì khi giũ thảm rồi dừng lại đột ngột, do quán tính, bụi bẩn sẽ tiếp tục chuyển động và rời ra khỏi thảm.

Khi bút mực của bạn bị tắc, ta vẩy mạnh bút rồi dừng lại đột ngột, theo quán tính mực tiếp tục chuyển động về phía trước và bút tiếp tục viết được.

Hoặc khi kéo co một đội thả tay ra thì đội còn lại sẽ ngã về phía kéo của sợi dây.

Mong rằng những thông tin trên đây về “Lực quán tính là gì, các ví dụ về lực quán tính” hy vọng sẽ giúp ích bạn. Bất kỳ câu hỏi nào cần được giải đáp hay đóng góp ý kiện cho bài viết hoàn thiện hơn, hãy comment phía dưới, chúng tôi sẽ giải đáp và hỗ trợ bạn nhanh chóng