Quán tính là một khái niệm vật lý phổ thông có tính ứng dụng rất lớn trong cuộc sống. Tuy nhiên rất nhiều người chưa thực sự hiểu rõ về thuật ngữ này. Hãy dành chút thời gian để tìm hiểu quán tính là gì trong bài viết sau đây nhé!
Quán tính là gì?
Trước khi tìm hiểu về quán tính, chúng ta cần nắm được khái niệm hai lực cân bằng.
Đây là hai lực cùng tác động lên một vật, có cường độ bằng nhau, phương cùng nằm trên một đường thẳng, ngược chiều nhau. Dưới tác động của hai lực cân bằng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên; đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.
Quán tính là tính chất giữ nguyên vận tốc và hướng chuyển động của một vật. Vật có khối lượng càng lớn thì quán tính càng lớn, vì vật đó có sức lớn hơn nên cần có lực tác động lớn hơn để thay đổi chuyển động.
Khi có lực tác động, vật không thể thay đổi vận tốc đột ngột vì có quán tính. Vật bên trong sẽ chuyển động ngược chiều với chuyển động của vật bên ngoài. Lực tác động càng lớn thì sự biến đổi chuyển động càng nhanh.
Ví dụ:
- Người ngồi trên ô tô sẽ bị chúi về phía trước khi ô tô phanh gấp.
- Hai ô tô đang di chuyển với cùng một vận tốc. Nếu hãm phanh với lực giống nhau thì ô tô có khối lượng lớn hơn sẽ dừng lại chậm hơn.
Lực quán tính là gì?
Lực quán tính hay còn gọi là lực ảo, là lực sinh ra trong hệ quy chiếu phi quán tính, có thể gây biến dạng và gia tốc cho vật đồng thời không có phản lực.
Trong cơ học cổ điển, lực quán tính tác động lên vật phụ thuộc vào trạng thái chuyển động của hệ quy chiếu nhưng không được quy về lực cơ bản.
Vì hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều [không có gia tốc] với hệ quy chiếu quán tính đều là quán tính. Còn hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc với hệ quy chiếu quán tính là phi quán tính.
Lực quán tính tỉ lệ thuận với khối lượng của vật và gia tốc của hệ quy chiếu phi quán tính. Lực này có hướng ngược lại với hướng của gia tốc.
Công thức tính lực quán tính
Một vật có khối lượng m trong hệ quy chiếu phi quán tính. Tại một thời điểm bất kỳ, hệ quy chiếu sẽ chuyển động với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính. Lúc này, vật sẽ chịu tác động của quán tính theo công thức như sau:
Trong đó:
- Fqt: lực quán tính [N]
- m: khối lượng của vật
- a: gia tốc trong hệ quy chiếu chuyển động [m/s2]
Lực quán tính xuất hiện khi hệ quy chiếu có gia tốc lớn hơn so với hệ quy chiếu còn lại. Gia tốc bất kỳ do đó lực quán tính cũng tùy ý.
4 lực quán tính theo cách gia tốc thường gặp là:
- 1 lực được tạo ra bởi 1 gia tốc tương đối bất kỳ theo 1 đường thẳng
- Hai lực được tạo ra ngẫu nhiên từ chuyển động quay [lực Coriolis và lực quán tính ly tâm]
- Lực cuối [lực Euler] được sinh ra do sự thay đổi của tốc độ quay.
Các ví dụ về quán tính trong cuộc sống
Ví dụ 1: Khi xe khách đột ngột rẽ trái, hành khách ngồi trên xe sẽ bị nghiêng về bên phải.
Vì lúc đầu, xe và hành khách cùng chuyển động, đến khi xe đột ngột rẽ trái, theo quán tính, hành khách không thể đổi hướng ngay mà vẫn duy trì chuyển động như cũ, dẫn đến bị nghiêng người sang phải.
Ví dụ 2: Khi nhảy từ bậc cầu thang cao xuống, chân ta bị gập lại.
Vì khi nhảy từ trên cao, người và chân chuyển động cùng vận tốc, khi chạm đất, bàn chân dừng lại nhưng toàn thân và cẳng chân vẫn tiếp tục chuyển động xuống dưới theo quán tính, chân bị gập lại.
Ví dụ 3: Khi hai đội đang kéo co, nếu một đội đột ngột buông tay ra sẽ khiến đội bên đối phương ngã nhào cũng là do quán tính.
Ví dụ 4: Khi bút máy bị tắc mực, học sinh thường cầm bút vẩy mạnh cho mực văng ra.
Vì khi vẩy mạnh, bút và mực cùng chuyển động, đến khi bút dừng lại đột ngột nhưng mực vẫn tiếp tục chuyển động xuống đầu ngòi bút, làm mực văng ra khỏi bút theo quán tính.
Ví dụ 5: Sau khi giặt quần áo xong, trước khi phơi, người ta thường giũ mạnh quần áo cho nước văng ra.
Vì lúc đầu, quần áo và nước trong quần áo cùng chuyển động, khi quần áo dừng lại đột ngột, những giọt nước trong quần áo vẫn duy trì vận tốc cũ, theo quán tính.
Trên đây là tổng hợp kiến thức cơ bản về quán tính. Hy vọng qua bài viết này các bạn đã có thêm nhiều thông tin hữu ích và ứng dụng trong học tập, công việc!
Câu hỏi: Lực quán tính? Các ví dụ về quán tính?
Lời giải
Khái niệm lực quán tính
Lực quán tính hay còn được gọi là lực ảo. Lực quán tính sẽ xuất hiện trên mọi khối lượng có trong hệ quy chiếu phi quán tính. Hiểu đơn giản, lực quán tính được sinh ra trong hệ quy chiếu phi quán tính, có thể gây biến dạng và gia tốc vật. Khác với các lực khác, lực quán tính không có phản lực.
Trong cơ học, lực quán tính là dạng lực có tác động lên vật. Đồng thời lực quán tính có thể phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái chuyển động hệ quy chiếu.
Ví dụ về quán tính
- Trong hai đội kéo co khi một đội đột ngột thả tay. Hiển nhiên đội còn lại sẽ bị ngã về phía kéo của sợi dây đó.
- Khi đi trên xe buýt xe đang chạy bt xe đột ngột thắng lại làm cho hành khách lao về phía trước là do quán tính tác động
- Hay xe đang chạy bt mà ta bóp phanh gấp sẽ làm cho xe ko đứng lai dc mà phải trớn thêm một đoạn là do quán tính
- Khi bút mực của chúng ta bị tắc. Thông thường ta sẽ vẩy mạnh bút để tiếp tục viết được. Khi đó nếu để ý dù dừng đột ngột nhưng mực vẫn tiếp tục chuyển động về phía trước.
Điều này cũng giải thích cho hiện tượng cơ học có trong hệ quy chiếu phi quán tính. Trong trường hợp coi lực quán tính là một thành phần có trong các lực tổng cộng sẽ phù hợp định luật cơ học đó.
Các hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều so hệ quy chiếu quán tính đều là quán tính. Ngược lại hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc với hệ quy chiếu quán tính là phi quán tính. Theo đó, lực quán tính tỉ lệ thuận khối lượng vật thể và gia tốc hệ quy chiếu phi quán tính so với quán tính. Lực này có hướng ngược với hướng gia tốc.
Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết hơnvềLực quán tính nhé
1. 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.
2. Công thức tính lực quán tính
Trong hệ quy chiếu phi quán tính, xét một vật có khối lượng m. Tại một thời điểm nhất định hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc [a] so hệ quy chiếu quán tính. Lúc này, vật [m] chịu tác dụng lực quán tính. Ta có công thức để tính lực quán tính là:
Trong đó:
- Fqt: Lực quán tính, đơn vị [N]
- m: Khối lượng của vật
- a: Gia tốc có trong hệ quy chiếu chuyển động, đơn vị [m/s2]
Lực quán tính xuất hiện khi một hệ quy chiếu có gia tốc lớn hơn so với hệ quy chiếu khác.
Hệ quy chiếu phi quán tính lực quán
- Hệ quy chiếu chỉ có gia tốc tịnh tiến
Ta gọi K’ là hệ quy chiếu phi quán tính, chuyển động gia tốc tịnh tiến so với hệ quy chiếu quán tính K. Mọi khối lượng m trong hệ quy chiếu K’ luôn chịu tác động lực quán tính tịnh tiến F= -ma
- Hệ quy chiếu chỉ có chuyển động quay
Trong hệ quy chiếu quay tốc độ góc là hệ quy chiếu quán tính mọi khối lượng m luôn phải chịu tác động 3 lực quán tính còn lại như sau:
Trong đó,
là sự thay đổi vectơ tốc độ góc Ω theo thời gian.
- Hệ quy chiếu tổng quát
Với hệ quy chiếu phi quán tính K’, quay tốc độ Ω , có tịnh tiến gia tốc là a so hệ quy chiếu quán tính K’ mọi khối lượng m phải chịu tác động 4 lực quán tính nêu trên.