Lực quán tính là gì? Một số ví dụ về lực quán tính trong thực tế

9 Tháng Tư, 2021 0 lượt xem 0 Tuyen TB

Quán tính hay lực quán tính là gì, thực chất kiến thức này đã được đề cập trong chương trình vật lý 10. Tuy nhiên, khi cần áp dụng thì không phải ai cũng có thể nhớ một cách trọn vẹn và đầy đủ nhất. Đừng lo lắng, bài viết dưới đây sẽ giải đáp chi tiết thông tin về lực quán tính.

Quán tính là gì?

Quán tính được biết đến là lực cản của bất kỳ một vật thể nào đó đối với sự thay đổi liên quan đến vận tốc. Trên thực tế, sự thay đổi này bao gồm cả tốc độ và hướng chuyển động của đối tượng.

Thuật ngữ quán tính có nghĩa là gì?

Thuật ngữ quán tính có nghĩa là gì?

Khi vật chuyển động trên một đường thẳng với tốc độ không đổi thì điều này đồng nghĩa với việc không có lực nào tác động lên vật. Còn trường hợp có lực tác dụng thì bất kể một vật nào đó cũng sẽ bị thay đổi vận tốc một cách đột ngột do quán tính. Hiểu đơn giản về quán tính chính là tính chất giữ nguyên vận tốc và hướng chuyển động của một vật.

Dưới đây sẽ là hình ảnh momen quán tính của hình chữ nhật và hình tròn.

momen quán tính của hình chữ nhật

Momen quán tính của hình chữ nhật

momen quán tính của hình tròn

Momen quán tính của hình tròn

Lực quán tính là gì?

Lực quán tính còn được biết đến là lực ảo, xuất hiện trên mọi khối lượng thuộc hệ quy chiếu phi quán tính. Nói một cách dễ hiểu, lực quán tính chính là lực được sinh ra trong hệ quy chiếu phi quán tính, có thể gây biến dạng và sinh gia tốc cho vật. Điều đặc biệt, lực quán tính thường không có phản lực.

Xét trong cơ học cổ điển, lực quán tính được hiểu là lực tác động lên vật, bị phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của hệ quy chiếu. Đối với các hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều, gia tốc bằng 0 so với hệ quy chiếu quán tính thì đều tạo ra quán tính.

Hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc thuộc hệ quy chiếu quán tính sẽ là phi quán tính. Lực quán tính tỉ lệ thuận với khối lượng vật thể và gia tốc trong hệ quy chiếu phi quán tính so với quán tính. Thông thường, lực này sẽ có chiều ngược lại với chiều của gia tốc.

Trường hợp đặc biệt, đối với chuyển động tròn hoặc gần tròn sẽ sinh ra lực hướng tâm và lực quán tính li tâm.

Đặc điểm của lực quán tính

Khi lực tác động càng lớn thì sự biến đổi về trạng thái chuyển động diễn ra càng mạnh, càng nhanh. Từ thuật ngữ quán tính là gì và đặc điểm này, có thể cho ví dụ như: Khi ngồi trên xe máy, bạn thường có xu hướng chúi người về phía trước khi xe phanh gấp.

Ngoài ra, đặc điểm của quán tính còn được thể hiện đó là khi hai vật có khối lượng càng lớn thì việc biến đổi trạng thái chuyển động càng diễn ra chậm hơn. Ví dụ trường hợp xe ô tô con và xe bán tải chuyển động cùng vận tốc, tuy nhiên, khi hãm phanh lại với lực cùng độ lớn thì xe bán tải sẽ có thời gian dừng lại lâu hơn.

Đặc điểm của lực quán tính là gì?

Đặc điểm của lực quán tính là gì?

 

 

Công thức tính lực quán tính

Xét trong hệ quy chiếu phi quán tính, một vật có khối lượng m. Tại một thời điểm nhất định khi hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc (a) so với hệ quy chiếu quán tính. Lúc này, vật (m) sẽ chịu tác dụng của lực quán tính. Công thức tính lực quán tính được xác định như sau:

Cong thuc tinh luc quan tinh

Trong đó:

  • Fqt chính là lực quán tính, có đơn vị (N)
  • m là khối lượng của vật
  • a là gia tốc xét trong hệ quy chiếu chuyển động, có đơn vị là m/s2.

Lực quán tính trong các hệ quy chiếu phi quán tính

Hệ quy chiếu chỉ có gia tốc tịnh tiến

Gọi K’ là hệ quy chiếu phi quán tính, chuyển động có gia tốc tịnh tiến so với hệ quy chiếu quán tính là K. Khi đó, mọi khối lượng m xét trong hệ quy chiếu K’ sẽ phải chịu tác động của lực quán tính tịnh tiến có giá trị F= – ma

Hệ quy chiếu chỉ có chuyển động quay

Đối với hệ quy chiếu quay có tốc độ góc là hệ quy chiếu quán tính thì khối lượng m sẽ chịu tác động của cả 3 lực quán tính còn lại:

Trong đó: dΩ / dt  chính là thay đổi của vectơ tốc độ góc Ω theo thời gian.

Hệ quy chiếu tổng quát

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

Ví dụ về lực quán tính trong thực tế

Lực quán tính không chỉ có trong các định luật vật lý được nghiên cứu mà trên thực tế, lực quán tính cũng xuất hiện rất nhiều ở sự chuyển động của các phương tiện, vật dụng, đồ đạc…

Ví dụ về lực quán tính trong thực tế

Ví dụ về lực quán tính trong thực tế

  • Khi bạn đóng đinh vào tường, việc đập búa liên tiếp vào đinh sẽ tạo ra lực quán tính. Khi chiếc búa dừng lại nhưng chiếc đinh vẫn theo quán tính và lún sâu vào bên trong tường.
  •  Khi bạn rũ bụi bẩn ra khỏi chăn màn hoặc quần áo và dừng lại đột ngột thì vô tình cũng sẽ tạo ra quán tính khiến bụi bẩn tiếp tục chuyển động và rơi ra khỏi.
  • Khi chiếc bút bị tắc mực, người viết thường vẩy mạnh để tiếp tục viết được. Trong quá trình vẩy, nếu bạn dừng đột ngột thì mực vẫn sẽ tiếp tục chuyển động xuống, bởi khi đó đã xuất hiện lực quán tính.
  • ….

Bài tập về lực quán tính

Một vật có khối lượng m=200g được treo vào lực kế trong thang máy chuyển động biến đổi đều. Xác định hướng chuyển động của thang máy khi số chỉ của lực kế (hay độ lớn lực quán tính trong thang máy) là 1,6N. Biết g= 10m/s2. Hãy tính gia tốc chuyển động của chiếc thang máy.

Giải:

Chọn hệ quy chiếu được gắn với thang máy. Vậy có khối lượng m=0,2kg; g= 10m/s2

=> P = mg= 2N

Ta có, Lực kế F=1,6N < 2N => Thang máy đi xuống nhanh dần với gia tốc a (hoặc đi lên chậm dần với gia tốc a)

Vật nằm cân bằng trong thang máy, suy ra ta có:

P = F + Fqt  => Fqt = P – F = ma => a=2m/s2

Trên đây là những thông tin về quán tính là j, lực quán tính là gì cùng với các kiến thức liên quan. Mong rằng, qua chia sẻ trên sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ về lực quán tính, biết cách tính toán và ứng dụng một cách tốt nhất vào thực tế.

 

 

Bài viết liên quan