Hệ quy chiếu có gia tốc. Lực quán tính –

Các định luật Niu-tơn được nghiệm đúng trong hệ quy chiếu quán tính. Trong nhiều bài toán, ta đã coi một cách gần đúng hệ quy chiếu gắn với mặt đất là hệ quy chiếu quán tính. Vậy, liệu các định luật Niu-tơn có được nghiệm đúng trong một hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với mặt đất hay không ? 1. Hệ quy chiếu có gia tốc Ta hình dung một hòn bi đặt trên xe lăn như trên Hình 21.2. Khi xe chuyển động với gia tốc đi so với bàn, nếu không có ma sát giữa hòn bi và rãnh trên xe lăn thì theo định luật I Niu-tơn, hòn bi vẫn đứng yên ở phía trên điểm M của bàn. Trong hệ quy chiếu gắn với xe, mặc dù không có lực nào tác dụng lên hòn bi theo phương nằm ngang, hòn bi vẫn chuyển động về phía B với gia tốc ā’= -ã giống như là có một lực F = -mã tác dụng lên vật. Vậy trong một hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với một hệ quy chiếu quán tính, các định luật Niu-tơn không được nghiệm đúng nữa. Ta gọi hệ đó là hệ quy chiếu phi quán tính.2. Lực quán tínhĐể giải các bài toán cơ học được thuận lợi, người ta tìm cách làm thế nào để vẫn áp dụng được định luật I và II Niu-tơn trong hệ quy chiếu phi quán tính. Muốn vậy, ta thừa nhận rằng: Trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc ā so với h é φuν chiếu quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng m chịu thém tác dụng của một lực bằng – mả. Lực này gọi là lực quán tính : F = -ma (21.1) Với quan niệm đó, ta dễ dàng lí giải được hiện tượng nêu ở phần trên. Khi xe lăn chuyển động với gia tốc ā so với bàn, thì trong hệ quy chiếu gắn với xe, hòn bị coi như chịu tác dụng của lực quán tính F. = -mã. Lực này đã truyền cho hòn bi mộtgia tốc F – α = T = -αvà hòn bi chuyển động về phía B.Lực quán tính giống các lực thông thường ở chỗ, nó cũng gây ra biến dạng hoặc gây ra gia tốc cho vật. Nhưng nó khác các lực thông thường ở chỗ, nó xuất hiện do tính chất phi quán tính của hệ quy chiếu chứ không do tác dụng của vật này lên vật khác. Do đó lực quán tính không có phản lực. 3. Bài tập Vận dụngBài 1Dùng dây treo một quả cầu khối lượng m lên đầu một cái cọc đặt trên xe lăn (Hình 21.3). Xe chuyển động với gia tốc đi không đổi. Hãy tính góc lệch ơ của dây so với phương thẳng đứng và lực căng của dây.Bài giảiTrong hệ quy chiếu gắn với xe, quả cầu chịu tác dụng của lực hút của Trái Đất P = m.g, lực căng T của dây treo và lực quán tính F. = -mã (chính F. kéo dây lệch khỏi phương thẳng đứng). Khi dây treo đã có một vị trí ổn định so với xe, ba lực nói trên cân bằng nhau. Theo Hình 21,4 ta có:F. գt ta – —- — 2an Oz P T – 8 COSOLực quán tính có gì giống và khác các lực thông thường ?Hình 21,3Niu-ton). Quan sát từ trên xe (hệ quy chiếu phi quán tính) : ngoài hai lực P và T còn có lực quán tính F = -mã tác dụng lên quả cầu. Ba lực này cân bằng với nhau.95 Hình 21,5Hình 21,6 s 声| F Fat If Hình 21,7Trong mỗi trường hợp của bài toán này, hãy so sánh số chỉ của lực kế với độ lớn của lực hấp dẫn do Trái Đất đặt lên vật.96Bài 2 Một vật có khối lượng m = 2 kg móc vào một lực kế treo trong buồng thang máy. Hãy tìm số chỉ của lực kế trong các trường hợp: a) Thang máy chuyển động đều. b) Thang máy chuyển động với gia tốc a = 2.2 m/s2 hướng lên trên. c) Thang máy chuyển động với gia tốc a = 2.2 m/s” hướng xuống dưới. d) Thang máy rơi tự do Với gia tốc a = g. Bài giải a) Trong thang máy chuyển động đều (hệ quy chiếu quán tính), khi vật cân bằng, lực đàn hồi F của lò xo lực kế cân bằng với lực hấp dẫn P (Hình 21.5). Vậy số chỉ lực kế là F = m.g. F = 2.9.8 = 19.6 N b) Trong hệ quy chiếu gắn với thang máy, ngoài P và F. vật còn chịu tác dụng của lực quán tính F. hướng xuống dưới (Hình 21.6). Ở vị trí cân bằng: F= P+ Fa” = m(g + a) Số chỉ của lực kế: F = 2(9.8 + 2,2) = 24N Ta cũng có thể giải trong hệ quy chiếu quán tính gắn với mặt đất. Trong hệ này, vật chỉ chịu tác dụng của F và P. Hợp lực của hai lực này đã tạo cho vật có cùng gia tốc như gia tốc đi của buồng thang máy. Theo định luật II Niu-tơn : F = P = ma. Từ đó, ta cũng có F = m(g + a). c) Khi đi hướng xuống dưới thì Fu hướng lên trên (Hình 21.7). Ta có thể giải theo một trong hai cách như ở câu b) và đi tới kết quả: F = P – F = m(g – a) = 15.2 N d) Theo kết quả câu c) nếu a = g thì F = 0 (vật nặng hoàn toàn không còn tác dụng kéo dãn lò xo của lực kế nữa). Hãy lí giải hiện tượng xảy ra trong Hình 211. Vì sao lại có cuộc đối thoại như trong hình ? 2. Theo kết quả bài tập Vận dụng 2, hãy dự đoán xem khi đi thang máy, ta có thể có cảm giác gì khác thường. Nếu có dịp đi thang máy, em hãy thử để ý xem có cảm thấy được điều đó không. Hãy giải thích. Vì SaoBAI TÂP 1. Hãy chọn câu đúng.g thang máy Với trọng lưC g P = mg của Vật treo vào lựckế, ta có thể A. biết được thang máy đang đi lên hay xuống. B, biết chiều của gia tốc thang máy.4. க. ம. க. đang chuyển động nhanh dần hay chậm dần.C. g máy đang chuy D. biết được cả ba điều nói trên.2. Một vậ ܕr- *7 7ܖ – ܗܝܕܕ ܗܝܕ lựC } gbuồng thang máy. Th ݂ܫ ܚ ܢܝ ܚ ܧܝ . ܘܫܳr: -ܫ . .ܝ và được hãm Với gia tốc 1 m/s2. Số chỉ của lực kế là bao nhiêu? – 1 i luj vuri ru Կ D. 44N, 3. Một người có } hối lượ 60 kg đứng gb g thang máy ột bàn cân lò XO. Nếu cân chỉ trọng lượng của người là: a),588 N; b) 606 N; c).564 N thì gia tốc của thang máy như thế nào ? 4. Một quả cầu nhỏ, khối lượng m = 300 g, buộc vào một đầu dây treo vào trần của toa tàu đang chuyến động. Hình 218 ghi lại những Vị trí ổn định của quả cầu trong một số trường hợp. – | v V V — α = 8 Μα B. 6 = 49 |– ീത്ത്: =لوم نه Hình 218 a) Hãy nhận xét về tính chất của chuyển động của toa tàu trong mỗi trường hợp. b) Tính gia tốc của toa tàu và lực căng của dây treo trong mỗi trường hợp. B 5. Khối nêm hình tam giác VuÔng ABC có góc nghiênga = 30° đặt trên mặt bàn nằm ngang (Hình 21.9) Cần phải làm cho khối nêm chuyển động trên mặt bàn. Với gia tốc như thế nào để một vật nhỏ đặt tại A : có thể leo lên mặt phẳng nghiêng? Bỏ qua ma sát A C Hình 27,9 MMA in A rå i LhAG Il trinn my – ܘܫ ܢܝ ܬ – – L-T ܦ- .. .ܬܢܝܬܚ6. Một q Jng m = 2 kg treo vào đấu một sợi dây ịu được lực căng tối đa Tim=28N. Hỏi có thể kéo dây đi lên phía trên với gia tốc lớn nhất là bao nhiêu mà dây chưa đứt ?7 WAT LY 10- N CAO-A 97

Bài giải này có hữu ích với bạn không?

Hệ quy chiếu có gia tốc. Lực quán tính

--Chọn Bài--

↡

Tài liệu trên trang là MIỄN PHÍ, các bạn vui lòng KHÔNG trả phí dưới BẤT KỲ hình thức nào!