Trong cuộc sống thường ngày, lực luôn có mặt và tác động lên mọi vật. Chúng ta vẫn thường hay nói đến quán tính, lực quán tính. Vậy điều này có ý nghĩa là gì? Một vật thông thường có quán tính hay không? Đây chính là những câu hỏi được rất nhiều bạn học sinh lớp 8 đặt ra. Kiến thức trong bài học vật lý lớp 8 sẽ giúp các em giải đáp điều này. Bài viết ngày hôm nay, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu về sự cân bằng lực quán tính, lực quán tính là gì nhé!
Ví dụ về sự cân bằng lực quán tính
Lực là gì?
Trước khi đến với kiến thức chung của bài, chúng ta cần phải có cái nhìn tổng quát về lực. Lực là gì? Lực tồn tại khi nào? Lực được định nghĩa vô cùng đơn giản. Khi vật này tác dụng kéo hoặc đẩy lên lực khác được gọi là tác dụng lực. Hay nói một cách đơn giản, khi lực xuất hiện khi vật này tác động lên một vật khác. Tuy nhiên, không phải lúc nào lực tác động cũng tạo ra kết quả để chúng ta có thể nhận biết. Sự cân bằng lực quán tính cũng là một trong những kết quả của tác dụng lực.
Lực tồn tại trên trái đất và vạn vật đều chịu tác động của lực. Trọng lực chính là một trong những lực tác động lên vật. Trọng lực chính là lực hút của trái đất. Mọi vật trên trái đất này đều chịu sự tác động của trọng lực. Chúng ta nhìn thấy một vật đứng yên trên mặt đất. Trong trường hợp này, vật đang chịu tác dụng của trọng lực và lực nâng của mặt đất. Đây là hai lực cân bằng giúp cho vật đứng yên, không di chuyển. Chính vì vậy, hiểu về lực, chúng ta mới có thể tìm hiểu được lực quán tính.
Hai lực cân bằng
Hai lực cân bằng chính là tiền đề tìm ra lực quán tính. Chính vì vậy, chúng ta cần biết về lực cân bằng trước khi đến với phần chính của bài viết hôm nay. Lực cân bằng, giống như tên gọi của nó. Hai lực có cùng độ lớn, cùng phương, ngược chiều tác dụng vào cùng 1 vật được gọi là hai lực cân bằng. Trong chương trình vật lý 6, chúng ta đã được tìm hiểu qua về điều này. Khi một vật chịu tác dụng của hai lực cân bằng. Vật đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên. Vật đang chuyển động sẽ không thay đổi quỹ đạo chuyển động.
Trong trường hợp vật chuyển động vẫn tiếp tục chuyển động đều được gọi là chuyển động theo quán tính. Đây cũng chính là tiền đề phát triển sự cân bằng lực quán tính. Các nhà vật lý học tìm hiểu ra lực quán tính cũng là nhờ điều này. Thông thường, khi vật chịu tác dụng của lực một cách đột ngột sẽ có xu hướng thay đổi vận tốc, hoặc hình dạng. Vật thay đổi vận tốc nhanh hay chậm nhờ vào quán tính của vật.
Chúng ta vẫn thường gặp lực cân bằng tác dụng lên một vật đứng yên. Một quyển sách được đặt trên bàn. Thực tế quyển sách này đang chịu hai lực cân bằng chính là trọng lực và lực nâng. Tuy nhiên quyển sách không hề di chuyển hay biến dạng. Đây chính là tính chất của hai lực cân bằng. Sự cân bằng lực quán tính được thể hiện rõ nhất trong trường hợp vật chuyển động tiếp tục chuyển động.
Vật đang chuyển động đột ngột chịu hai lực cân bằng sao không dừng lại rồi chuyển động tiếp. Mà lại giữ nguyên vận tốc và quỹ đạo chuyển động. Điều này là nhờ vào lực quán tính của vật.
Sự cân bằng lực quán tính là gì?
Khi có lực tác dụng, vật không thể đột ngột thay đổi vận tốc. Điều này xảy ra là bởi vì mọi vật đều có quán tính. Hiểu một cách đơn giản, quán tính của vật chính là tính chất giữ nguyên vận tốc và hướng chuyển động. Lực tác động càng lớn thì sự biến đổi về vận tốc và hướng của vật càng nhanh. Chúng ta có thể nhận ra được lực quán tính trong nhiều trường hợp thực tế. Khi chúng ta đi xe ô tô, xe đột ngột phanh gấp. Lúc này cơ thể chúng ta theo xu hướng sẽ đổ về phía trước. Ta nói, cơ thể chúng ta đang có lực quán tính theo chuyển động của xe, gây ra hiện tượng này.
Dao động liên quan đến cân bằng lực
Sự cân bằng lực quán tính xảy ra khi vật chịu tác dụng của hai lực cân bằng. Khi vật chịu đồng thời hai lực cân bằng, vật không hề dừng lại. Vật vẫn tiếp tục chuyển động theo vận tốc và hướng lúc đầu. Đây chính là quán tính của vật tạo ra sự chuyển động. Không chỉ vậy, vật có khối lượng càng lớn thì sự biến đổi chuyển động của vật diễn ra càng chậm. Hay nói cách khác, vật có khối lượng càng lớn thì quán tính càng lớn.
Lấy một ví dụ đơn giản, khi chúng ta đi xe ô tô lớn. Chúng ta phanh xe lại. Xe sẽ mất khoảng vài giây để dừng hẳn chuyển động dù đã chịu lực cản. Điều này cho thấy, khối lượng của xe lớn dẫn đến quán tính của xe cũng lớn. Xe vẫn tiếp tục chuyển động về phía trước dù đã được phanh lại. Sự cân bằng lực quán tính, chúng ta có thể nhận ra khi đi xe với vận tốc đều. Mặc dù lúc này xe đang chịu tác dụng của trọng lực và lực nâng của trái đất. Tuy nhiên, xe vẫn chuyển động đều mà không có thay đổi.
Các dạng bài tập về sự cân bằng lực, lực quán tính
Đối với chủ đề này, các em sẽ được chia thành hai dạng bài tập nhỏ. Bài tập về hai lực cân bằng và bài tập về lực quán tính. Các em sẽ ít phải làm những bài kết hợp giữa hai kiến thức này. Bởi để xác định được điều này sẽ rất khó và khó biển diễn lực. Bài tập theo hai chủ đề này vẫn được chia thành các dạng bài như trắc nghiệm và vận dụng.
Bài tập trắc nghiệm
Bài tập trắc nghiệm thường sẽ là bài kiểm tra kiến thức chung của các em. Lý thuyết về cả hai chủ đề này các em cần phải nắm chắc. Hai lực cân bằng là hai lực như thế nào? Hai lực cân bằng tác dụng lên vật đem tới kết quả gì? Đây chính là câu hỏi các em thường gặp. Ngoài ra, người ra đề cũng có thể hỏi về lý thuyết của lực quán tính. Những câu hỏi định nghĩa, nhận biết lực sẽ được sắp xếp để kiểm tra kiến thức. Sự cân bằng lực, lực quán tính có lý thuyết khá đơn giản và dễ hiểu. Các em chỉ cần học thuộc là có thể làm bài tập.
Dạng bài tập trắc nghiệm đôi khi cũng dễ đánh lừa các em bằng những câu trả lời không đầy đủ. Hãy chắc chắn rằng, đáp án các em lựa chọn phải là đáp án đúng và đầy đủ nhất. Những câu hỏi trắc nghiệm dạng nhận biết lực. Các em nên ghi nhớ đặc điểm của sự cân bằng lực, lực quán tính. Như vậy các em mới có thể nhận biết được các lực để chọn đáp án đúng.
Hai đội đang chơi kéo co
Dạng bài vận dụng
Khác với những bài trắc nghiệm cho sẵn đáp án. Dạng bài vận dụng sẽ yêu cầu các em vẽ phân tích lực. Đôi khi là tính toán độ lớn của lực. Với dạng bài tập này, các em cần nắm chắc cách biểu diễn lực. Không chỉ vậy, các em còn cần phải nhớ công thức tính toán độ lớn của lực. Phương, chiều, độ lớn đều là những yếu tố các em cần phải quan tâm khi phân tích lực. Sự cân bằng lực, lực quán tính đều có thể phân tích lực. Hãy chú ý đến đề dữ liệu đề bài đưa ra. Đây sẽ là gợi ý lớn trong cách làm bài của các em.
Nhiều ví dụ về quán tính
Trên đây là tất cả những kiến thức về sự cân bằng lực quán tính được tổng hợp và vận dụng. Chúng tôi đã lấy ví dụ thực tế và lý thuyết. Hy vọng các em có thể ghi nhớ nhanh chóng và hiểu bài dễ dàng hơn. Cảm ơn các em đã đón đọc bài viết này. Những kiến thức về vật lý lớp 8 hiện đang được đăng tải trên trang chủ. Các em hãy đón đọc ngay hôm nay nhé! Đừng quên trang bị thêm kiến thức về cách biểu diễn lực để làm chủ môn học vật lý khó nhằn này.
Những đơn vị kiến thức Vật lý như quán tính là gì hay lực quán tính là gì, lực này xuất phát từ đâu,… là các lý thuyết quan trọng không chỉ trong sách vở mà còn trong cuộc sống hàng ngày. Để lý giải những hiện tượng tự nhiên xảy ra xung quanh ta như lực hấp dẫn của Trái đất hay sự chuyển động của các hành tinh, người ta sẽ dựa trên khái niệm của quán tính và lực quán tính được phân tích trong bài viết sau.
Quán tính là gì?
Quán tính là loại lực cản của bất cứ vật thể nào đối với sự thay đổi dù lớn hay nhỏ về vận tốc của nó. Điều này gồm có các thay đổi về tốc độ hoặc hướng chuyển động của vật thể đó. Ở khía cạnh nào đó của tính chất này, ta thấy xu hướng của những vật thể sẽ tiếp tục chuyển động theo một đường thẳng với một tốc độ không đổi cho tới khi không có bất cứ lực nào tác động lên chúng.
Khi được lực tác dụng, vận tốc của mọi vật đều có thể thay đổi một cách đột ngột do tất cả chúng đều có quán tính. Có thể nói, tính chất của quán tính chính là giữ nguyên vận tốc và hướng chuyển động của vật.
Lực tác dụng càng lớn bao nhiêu thì chuyển động của vật thể càng nhanh bấy nhiêu.
Ví dụ: Người ngồi trên phương tiện ô tô hay có xu hướng chúi mình về phía trước nếu như ô tô bị phanh gấp do có quán tính.
Hai vật có khối lượng càng lớn bao nhiêu thì quá trình biến đổi chuyển động càng diễn ra càng chậm bấy nhiêu.
Ví dụ: Hai ô tô tuy có khối lượng khác nhau nhưng nếu chuyển động cùng một vận tốc và hãm phanh với lực có cùng độ lớn thì chiếc ô tô có khối lượng lớn hơn sẽ mất nhiều thời gian để dừng lại hơn.
Lực quán tính là gì?
Lực quán tính, hay còn được gọi với cái tên khác là lực ảo. Lực này xuất hiện ở mọi khối lượng trong một hệ quy chiếu phi quán tính. Hay nói cách khác thì lực quán tính là loại lực sinh ra trong một hệ quy chiếu phi quán tính, lực quán tính có thể làm biến dạng và gia tốc cho vật. Lực quán tính không xuất hiện kèm phản lực.
Dựa trên lý thuyết cơ học cổ điển, lực quán tính là loại lực tác động lên vật, có khả năng phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái chuyển động của hệ quy chiếu. Bên cạnh đó, ta luôn nhận biết được phép biến đổi hệ quy chiếu trong một hệ quy chiếu mới, khi đó lực này sẽ biến mất.
Lực quán tính sẽ không thể quy về loại lực cơ bản, vốn là các lực luôn tồn tại dưới phép biến đổi quy chiếu. Các hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều [không có tác động của gia tốc] so với hệ quy chiếu quán tính được gọi là quán tính. Hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc với hệ quy chiếu quán tính gọi là phi quán tính. Lực quán tính sẽ tỷ lệ thuận với khối lượng của vật thể và gia tốc của hệ quy chiếu phi quán tính so với quán tính. Lực này có hướng ngược với hướng của gia tốc.
Hệ quy chiếu và lực quán tính
Theo cơ học cổ điển, lực quán tính lý giải cho hiện tượng cơ học trong một hệ quy chiếu phi quán tính. Nếu ta coi lực quán tính là thành phần thuộc các lực tổng cộng thì định luật cơ học này được thỏa mãn.
Công thức tính lực quán tính
Xét vật thể có khối lượng m thuộc hệ quy chiếu phi quán tính. Ở một thời điểm nhất định thì hệ quy chiếu này sẽ chuyển động với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính. Lúc này, vật m sẽ chịu sự tác động 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 tồn tại khi 1 hệ quy chiếu có gia tốc lớn hơn so với hệ quy chiếu khác. Một hệ quy chiếu sẽ được gia tốc bằng bất kỳ phương pháp nào, bỏi vậy mà lực quán tính sẽ tùy ý. 4 lực quán tính thường sẽ được định nghĩa theo cách gia tốc xuất hiện, đó là:
- 1 lực được tạo ra bởi 1 gia tốc tương đối bất kỳ theo 1 đường thẳng
- Hai lực được hình thành từ bất kỳ chuyển động quay nào đó [lực quán tính li tâm và lực coriolis].
- Lực cuối, hay còn được gọi là lực Euler, sẽ được tạo ra nhờ sự biến đổi của tốc độ quay.
Xem thêm: Mã lực là gì? Cách quy đổi mã lực
Tìm hiểu lực quán tính trong các hệ quy chiếu
Hệ quy chiếu phi quán tính
Gọi K’ là hệ quy chiếu phi quán tính, ta có chuyển động của gia tốc tịnh tiến so với hệ quy chiếu quán tính K. Mọi khối lượng m trong hệ quy chiếu K’ sẽ luôn chịu tác động của lực quán tính tịnh tiến: F inertial = -ma
Trong hệ quy chiếu quay xuất hiện tốc độ góc là hệ quy chiếu quán tính thì mọi khối lượng m sẽ luôn bị 3 lực quán tính tác động của 3 lực, bao gồm:
Ta có, chính là sự thay đổi của vectơ tốc độ góc Ω theo thời gian.
Xét trong hệ quy chiếu phi quán tính K’, quay với tốc độ Ω , có tịnh tiến gia tốc là a. Nếu xét trong hệ quy chiếu quán tính K’ thì mọi khối lượng m sẽ phải chịu tác động của cả 4 lực quán tính nói trên.
Xem thêm: Công suất kva là gì? 1 kva bằng bao nhiêu kw
Lực quán tính li tâm
Nếu đã biết lực hướng tâm là gì, chắc hẳn ta không thể bỏ qua khái niệm của lực ly tâm là gì. Lực quán tính li tâm có thể gọi là trường hợp riêng của lực quán tính, chỉ xuất hiện ở hệ quy chiếu văn với vật có chuyển động tròn. Đó chính là hệ quả của trường gia tốc, xuất hiện trong hệ quy chiếu không tồn tại quán tính.
Như vậy, trường hợp này sẽ được gọi là hệ quy chiếu quay. Trong hệ quy chiếu quay, bạn sẽ nhận ra các vật thể vốn chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu quán tính và bị đẩy theo một phương xuyên tâm quay. Lực đẩy vật thể chính là lực ly tâm trong hệ quy chiếu
Lực quán tính li tâm thường sẽ tác động tới vật nằm trong hệ quy chiếu quay, có phương là một đường thẳng, kết nối tâm của đường cong và tâm của chuyển động. Chiều hướng từ tâm của đường cong sẽ chếch ra phía ngoài. Lực ly tâm sẽ có tỷ lệ thuận với khối lượng của vật chuyển động, bình phương tốc độ dài và tỉ lệ nghịch với bán kính của đường cong.
Một số hiện tượng trong thực tế
Lực quán tính nếu chỉ học dựa trên lý thuyết đơn thuần có lẽ hơi khó hiểu với chúng ta, vậy nên thapgiainhietliangchi.com sẽ giúp bạn lấy ví dụ minh họa một cách rõ nét về khái niệm của lực quán tính là gì để bạn không còn mơ hồ về định nghĩa này. Cụ thể:
- Khi ta đóng đinh vào tường thì dù chiếc búa bị dừng lại, cái đinh vẫn bị lún sâu vào tường vì có lực quán tính tác động.
- Thực hiện thao tác giũ bụi bẩn khỏi giẻ lau thì sau khi giũ rồi đột ngột dừng lại, ta sẽ thấy bụi bẩn tiếp tục chuyển động và bay khỏi thảm, đó chính là do lực quán tính.
- Khi bút mực của bạn bị tắc v vẩy mạnh bút rồi dừng lại đột ngột, theo quán tính mực tiếp tục chuyển động về phía trước để cho bút có thể tiếp tục viết được. Khi bút bị tắc mực, ta thường vẩy mạnh bút rồi dừng một cách đột ngột. Mực vẫn có thể chuyển động về phía trước để bút vẫn viết tiếp được là do lực quán tính đã được sinh ra.
- Khi chơi trò kéo co, nếu một đội kéo rồi thả tay ra đột ngột thì đội kia sẽ bị ngã về phía sợi dây bị kéo.
Bài viết trên đã làm rõ về khái niệm lực quán tính là gì cùng những ví dụ minh họa về lực quán tính trong cuộc sống hàng ngày. Hy vọng qua những thông tin được chia sẻ ở trên, bạn đã nắm rõ công thức tính lực quán tính và một số hệ quy chiếu khác nhau để áp dụng làm bài tập. Nếu còn thắc mắc gì, hãy để lại bình luận để cùng trao đổi về không chỉ lực quán tính mà còn cả những đơn vị kiến thức Vật lý khác nữa nhé.