Quán tính là gì? Lực quán tính là gì và các hệ quy chiếu?

9 Tháng Một, 2021 122 Nguyễn Tiến Thành

Logo sieusach

Trong thực tế cuộc sống xung quanh chúng ta có rất nhiều hiện tượng liên quan đến lực quán tính và ứng dụng của lực quán tính. Các kiến thức liên quan đến lĩnh vực này rất rộng lớn từ cơ bản cho đến nâng cao đều có. Và nếu bạn đọc đang quan tâm và nghiên cứu đến lực quán tính là gì và các kiến thức liên quan để giải thích các hiện tượng và giải bài tập thì hãy tham khảo thông tin tại bài viết dưới đây.
Tìm hiểu chung về lực quán tính và cách xác định lực quán tính

Tìm hiểu chung về lực quán tính và cách xác định lực quán tính

Quán tính là gì?

Quán tính là lực cản của một vật thể nào đó đối với bất kỳ sự thay đổi về vận tốc của nó. Điều này sẽ kéo theo những sự thay đổi về tốc độ hoặc hướng chuyển động của đối tượng. Và tại một khía cạnh nào đó thì quán tính sẽ là xu hướng của các vật thể chuyển động trên một đường thẳng với tốc độ không đổi và khi không có bất kỳ lực nào tác động lên chúng.

Khi một vật chịu lực tác dụng nào đó thì chúng sẽ thay đổi vận tốc đột ngột, do mọi vật đều có quán tính. Nói cách khác thì quán tính chính là tính chất giữ nguyên vận tốc và hướng chuyển động của vật. Cụ thể tính chất:

  • Lực tác dụng càng lớn thì những biến động về chuyển động sẽ càng nhanh
  • Vật có khối lượng càng lớn thì sự biến đổi về chuyển động càng diễn ra chậm.

Lực quán tính là gì?

Lực quán tính hay lực ảo là một loại lực tác dụng lên vật thể, nó phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái chuyển động của hệ quy chiếu. Lực quán tính xuất hiện và tác dụng lên vật trong hệ quy chiếu không quán tính.

Lực quán tính có chiều hoàn toàn ngược với gia tốc

Lực quán tính có chiều hoàn toàn ngược với gia tốc

Xem thêm: Từ trường là gì? Khái niệm và ứng dụng trong công nghệ của từ trường?

Lực quán tính tỷ lệ với khối lượng của vật thể và gia tốc của hệ quy chiếu không quán tính so với hệ quy chiếu quán tính. Và nó có hướng ngược lại với hướng gia tốc của hệ quy chiếu không quán tính. Trong cổ điển học thì lực quán tính là lực tác động lên vật, nó phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái chuyển động của hệ quy chiếu. 

Về độ lớn của lực quán tính ta có: Fqt = .lal

Về chiều lực quán tính có chiều ngược với gia tốc.

Lưu ý: Lực quán tính không có phản lực.

  • Vật chuyển động với tốc độ nhanh dần thì vận tốc và gia tốc cùng chiều
  • Vật chuyển động với tốc độ chậm dần thì vận tốc và gia tốc sẽ ngược chiều.

Lực quán tính không tuân theo định luật III Newton bởi nó không có phản lực.

Công thức tính lực quán tính 

Xét một vật có khối lượng là m nằm trong hệ quy chiếu không quán tính. Tại thời điểm đó nhất định hệ quy chiếu không quán tính sẽ chuyển động với gia tốc. So với hệ quy chiếu quán tính vật m sẽ phải chịu thêm các tác dụng của lực quán tính như sau:

Trong đó: 

Fqt: là lực quán tính, đơn vị N.

m: là khối lượng của vật, đơn vị kg

a: là gia tốc của vật (m/s2)

Như vậy, lực quán tính sẽ không thể quy về các loại lực cơ bản – là các lực không bao biến mất dưới phép biến đổi của hệ quy chiếu.

Lực quán tính sẽ xuất hiện khi một hệ quy chiếu có gia tốc cao hơn so với hệ quy chiếu khác. Lực này thường được định nghĩa theo cách gia tốc thường xảy ra đó là:

  • Một lực gây ra bởi một gia tốc tương đối bất kỳ theo một đường thẳng
  • Hai lực được tạo ra từ một chuyển động nào đó 
  • Lực cuối hay lực Euler sẽ được sinh ra bởi sự thay đổi của tốc độ quay. 

Hệ quy chiếu quán tính

VD:Lực quán tính xuất hiện khi xe phanh gấp và người ta lao về phía trước

VD:Lực quán tính xuất hiện khi xe phanh gấp và người ta lao về phía trước

Xem thêm:? Tiết diện là gì? Tiết diện dây dẫn là gì và công thức tính

Các hệ quy chiếu mà không xuất hiện lực quán tính thì sẽ là hệ quy chiếu quán tính. Các hệ quy chiếu này chuyển động thẳng đều so với một hệ quy chiếu quán tính đều là hệ quy chiếu quán tính. 

Hệ quy chiếu gắn với mặt đất hoặc những vật chuyển động thẳng đều so với mặt đất cũng được gọi là hệ quy chiếu quán tính.

Đối với hệ quy chiếu quán tính thì các định luật Newton nghiệm đúng.

Hệ quy chiếu phi quán tính

Hệ quy chiếu phi quán tính chính là hệ quy chiếu có xuất hiện lực quán tính. Các hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động có gia tốc so với một hệ quy chiếu quán tính đều sẽ là phi quán tính.
Đối với hệ quy chiếu không quán tính thì các định luật Newton không còn đúng.

Các hệ quy chiếu phi quán tính lực quán 

Nghiên cứu về lực quán tính trong hệ quy chiếu

Nghiên cứu về lực quán tính trong hệ quy chiếu

Hệ quy chiếu chỉ mang gia tốc tịnh tiến 

Ta có hệ quy chiếu K’ là hệ quy chiếu phi quán tính chuyển động có gia tốc tịnh tiến so với hệ quy chiếu quán tính K. Mà mọi khối lượng m trong hệ quy chiếu K’ phải chịu tác động bởi lực quán tính tịnh tiến là 

Hệ quy chiếu chỉ có chuyển động quay

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

  • Lực Coriolis 
  • Lực quán tính ly tâm 
  • Lực Euler 

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

Hệ quy chiếu tổng quát

Ta có một hệ quy chiếu phi quán tính K’, quay với tốc độ góc là Ω  và có tịnh tiến gia tốc là . So với hệ quy chiếu quán tính K’ thì mọi khối lượng m phải chịu tác động bởi 4 lực quán tính kể trên. 

Lực quán tính ly tâm

Lực quán tính ly tâm là trường hợp đặc biệt của lực quán tính, nó chỉ xuất hiện khi ta chọn hệ quy chiếu gắn với chuyển động tròn.  Lực quán tính ly tâm là hệ quả của trường gia tốc xuất hiện trong hệ quy chiếu không quán tính mà trong trường hợp này thì hệ quy chiếu quay. 

Nhìn trong hệ quy chiếu qua ta sẽ thấy các vật thể vốn chuyển động không thẳng đều trong hệ quy chiếu quán tính và nó bị đẩy ra theo phương xuyên tâm quay. Lực tác dụng và đẩy vật thể ra khi ta quan sát trong hệ quy chiếu này chính là lực ly tâm.

Lực quán tính ly tâm sẽ tác dụng lên vật nằm bên trong hệ quy chiếu quay, có phương là đường thẳng nối từ tâm của đường cong với trọng tâm của vật chuyển động. Chiều của nó sẽ hướng từ tâm đường cong ra phía ngoài. 

Lực ly tâm sẽ tỷ lệ với khối lượng của vật chuyển động, bình phương độ dài và tỉ lệ nghịch với bán kính của đường cong. 

F = mv3/r= mω2 r

Lực hút của Trái Đất F = G(M.m/R2) hướng vào tâm của quả đất. Ngoài ra vật còn chịu tác dụng của lực ly tâm FLT = m.ω2r hướng từ trong trục quay ra ngoài như hình dưới.

Lực ly tâm là một trong những thành phần của trọng lực

Lực ly tâm là một trong những thành phần của trọng lực

Trên đây là toàn bộ bài viết chia sẻ để trả lời cho câu hỏi quán tính là gì và lực quán tính là gì. Hy vọng những gì chia sẻ tại bài viết sẽ giúp bạn đọc có thêm các kiến thức bổ ích phục vụ cho học tập. 

Bài viết liên quan