Lực quán tính là gì ? Giải thích và công thức tính lực quán tính chính xác nhất

Lực quán tính là gì ? Lực quán tính xuất hiện rất nhiều trong đời sống và hoạt động thường ngày của chúng ta nhưng không hẳn ai cũng biết lực quán tính là gì, cùng khám phá tại bài viết dưới đây.

1. Quán tính là gì

Quán tính là lực cản vật thể với bất kỳ sự thay đổi nào về vận tốc của nó. Khi vật tăng hay giảm tốc độ thì đều phải chịu 1 lực quán tính nhất định.

Lực quán tính ngăn những sự thay đổi tốc độ và hướng chuyển động của đối tượng đang chuyển động với vận tốc v. Ở khía cạnh khác thì tính chất này là xu hướng giữ vật chuyển động trên một đường thẳng với tốc độ không đổi và duy trì hướng khi vật không chịu ngoại lực khác.

Khi có lực tác dụng trực tiếp lên vật, mọi vật tăng tốc một cách từ từ do có lực quán tính giữ lại. Nói cách khác, quán tính có tính chất giữ nguyên vận tốc và hướng chuyển động của vật.

Tốc độ thay đổi càng lớn thì lực quán tính sẽ diễn nhanh và mạnh. Ví dụ như: Người ngồi trên xe ô tô sẽ chúi đầu và người về phía trước khi ô tô phanh gấp do có quán tính. Vì vậy để đảm bảo an toàn, hiện nay các ô tô đều được trang bị túi khí để phòng tránh khi bị tai nạn người ngồi trong xe bị thương khi gặp tai nạn

Vật có khối lượng càng lớn thì quán tính càng lớn. Ví dụ: Hai ô tô có khối lượng khác nhau và chuyển động cùng một vận tốc. Nếu hãm phanh cùng 1 lực cùng độ lớn thì ô tô có khối lượng lớn hơn sẽ mất nhiều thời gian hơn để dừng lại.

2. Lực quán tính là gì

Lực quán tính là một loại lực ảo – Được gọi là lực ảo do nó không hiện diện trực tiếp mà xuất hiện thông qua chuyển động của một vật có khối lượng.

Lực được coi là lực xuất hiện trên mọi vật có khối lượng trong hệ quy chiếu phi quán tính. Hiểu cách khác thì lực quán tính là lực được sinh ra trong hệ quy chiếu phi quán tính, có thể gây biến dạng và gia tốc vật. Lực quán tính không có phản lực.

Trong vật lý cơ học cổ điển, lực quán tính là lực tác động lên vật, thể phụ thuộc hoàn toàn vào trạng thái của hệ quy chiếu. Hơn nữa, ta có thể biến đổi hệ quy chiếu để với hệ quy chiếu mới thì lực này sẽ biến mất.

Lực quán tính không được quy về lực cơ bản( lực cơ bản gồm 4 lực: trọng lực, lực điện từ, lực liên kết mạnh và lực liên kết yếu), lực cơ bản theo tên gọi của mình là các lực không bị biến mất dưới bất kỳ phép biến đổi hệ quy chiếu nào. Hệ quy chiếu chuyển động thẳng đều (gia tốc bằng 0) so với hệ quy chiếu quán tính đều là quán tính. Hệ quy chiếu khi chuyển động có gia tốc a > 0 với hệ quy chiếu quán tính được gọi là phi quán tính.

Lực quán tính tỷ lệ thuận với khối lượng vật có hướng ngược lại với hướng của gia tốc.

Lực quán tính đưa ra tại Vật Lý cơ học cổ điển giải thích hiện tượng cơ học với hệ quy chiếu phi quán tính. Nếu coi lực quán tính là một thành phần trong các lực thì định luật cơ học được thỏa mãn.

3. 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 , hệ quy chiếu sẽ chuyển động với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính. Vật m thời điểm này sẽ chịu tác lựa quán tính, công thức tính sẽ là:

Trong đó:

Fqt: lực quán tính (N) – Newton m: khối lượng của vật a: là gia tốc vật (m/s2)

Lực quán tính sẽ xuất hiện khi 1 hệ quy chiếu có gia tốc cao hơn hệ quy chiếu khác. Một hệ quy chiếu có gia tốc theo nhiều phương pháp vì thế lực quán tính sẽ thay đổi sao cho phù hợp. 4 lực quán tính được định nghĩa theo gia tốc thường xảy ra là:

• lực quán tính xuất hiện khi gia tốc thay đổi theo 1 đường thẳng
• Hai lực quán tính được tạo ra bất kỳ từ chuyển động quay nào đó (lực coriolis và lực quán tính lý tâm). Lực coriolis là lực điều phối dòng quay của nước, dễ dàng bắt gặp khi xả nước bồn tắm hay tolet, lực sẽ làm nước xoay vòng.
• Lực cuối hay là lực Euler – được sinh ra dưới sự thay đổi của tốc độ quay của vật.

4. Lực quán tính ly tâm

Lực quán tính ly tâm là trường hợp riêng của lực quán tính, chỉ xuất hiện với hệ quy chiếu có vật 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, các vật thể chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu quán tính và bị đẩy với phương xuyên tâm quay. Tại đó lực đẩy vật thể ra chính là lực ly tâm.

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

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

5. Ví dụ về lực quán tính

Lực quán tính xuất hiện xung quanh chúng ta nhưng khi đi tìm hiểu sâu thì đây không phải câu hỏi dễ dàng trả lời, vậy nên để giúp các bạn hiểu sâu hơn thì Tổng kho valve lấy ví dụ minh chứng rõ nét nhất về lực quán tính:

• Khi hai xe đâm vào nhau người trên xe sẽ có hướng lao về hướng chuyển động trước đó của xe
• Khi rũ bụi bẩn khỏi thảm hoặc giẻ lau thì việc dừng lại đột ngột bụi bẩn sẽ tiếp tục chuyển động và bay khỏi thảm nhờ có lực quán tính.
• Khi bút mực bị tắc, ta vẩy mạnh bút rồi dừng đột ngột, theo quán tính chuyển động của mực trong lòng bút, mực tiếp tục chuyển động về phía trước và đến đầu bút khiến bút viết được.
• Khi xe máy và ô tô phóng nhanh về phía trước thì ta sẽ bị ngả người ra sau.