Lực quán tính là gì? Sự cân bằng lực quán tính

Lực quán tính là đại lượng vật lý tồn tại xung quanh chúng ta, nó có ảnh hưởng lớn đến việc sinh hoạt hàng ngày của con người. Vậy lực quán tính là gì? Hãy cùng Vimitech tìm hiểu về lực này qua bài chia sẻ dưới đây nhé!

1. Lực quán tính là gì

Trước hết chúng ta đi vào tìm hiểu khái niệm quán tính là gì?

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

Vậy lực quán tính là gì?

Lực quán tính tiếng anh là Inertia forces hay còn được gọi với tên là lực ảo, là một loại lực xuất hiện và tác động lên các đối tượng trong hệ quy chiếu phi quán tính. Ví dụ như hệ quy chiếu quay.

Sở dĩ gọi lực này là lực ảo bởi vì lực này không xuất hiện từ bất kỳ một tương tác vật lý nào mà nó được sinh ra từ gia tốc, gia tốc này tự xuất hiện trong hệ quy chiếu phi quán tính. Dựa vào định lực 2 Newton: ,  mà ta có thế thấy được lực ảo này luôn tỉ lệ thuận đối với khối lượng tác động vào.

2. Đặc điểm

Lực quán tính là lực xuất hiện trên mọi vật có khối lượng trong hệ quy chiếu phi quán tính. Hiểu một cách đơn giản thì loại lực này là lực được sinh ra trong hệ quy chiếu phi quán tính.

Đây là một loại lực mà không có phản lực

Đây là lực sản sinh để ngăn những thay đổi về tốc độ và hướng chuyển động của một đối tượng đang chuyển động. Ở một khía cạnh khác thì lực này có xu hướng giữ vật luôn chuyển động trên một đường thẳng với hướng và vận tốc không đổi.

Loại lực này không được quy về bất kỳ một lực cơ bản nào. Lực cơ bản được hiểu là lực không biến mất dưới bất kỳ phép biến đổi hệ quy chiếu nào. Các lực cơ bản gồm 4 lực: trọng lực, lực điện từ, lực liên kết mạnh và lực liên kết yếu. Với hệ quy chiếu chuyển động thằng và gia tốc bằng so với hệ quy chiếu quán tính thì đều là quán tính. Hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc lớn hơn 0 so với hệ quy chiếu quán tính là phi quán tính.

Inertia forces là lực tỉ lệ thuận với khối lượng vật và ngược lại với hướng của gia tốc.

3. Công thức tính lực quán tính

Ta xét một vật có khối lượng m ở trong một hệ quy chiếu phi quán tính. Ở một thời điểm nhất định, hệ quy chiếu này chuyển động với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính. Lúc này vật m sẽ chịu tác động của Inertia forces. Công thức tính độ lớn của lực này sẽ là

Trong đó:

• Fqt: là Inertia forces (N)
• m: là khối lượng của vật
• a: gia tốc trong hệ quy chiếu chuyển động (m/s2)

3. Sự cân bằng lực

Sự cân bằng lực xảy ra khi vật chịu tác dụng của 2 lực cân bằng. Khi vật đồng thời chịu tác dụng của 2 lực cân bằng, lúc này vật không hề dừng lại mà tiếp tục di chuyển theo hướng ban đầu với vận tốc nhỏ hơn so với vận tốc ban đầu. Đây chính là quán tính của vật tạo ra sự chuyển động.

Một ví dụ đơn giản như: Đối với các xe ô tô lớn như xe container, khi xe phanh lại xe vẫn tiếp tục khoảng 1, 2s sau đó với dừng lại hẳn. Lúc này xe phải chịu sự cân bằng của 2 lực đó là lực cản của phanh xe và lực quán tính.

4. Lực quán tính ly tâm

Lực quán tính ly tâm là trường hợp đặc biệt của Inertia forces. Lực này chỉ xuất hiện khi hệ quy chiếu có vật chuyển động tròn hay còn gọi là momen quán tính của hình tròn. Lúc này ta thấy nếu hệ quy chiếu quay vốn chuyển động tròn đều trong hệ quy chiếu quán tính sẽ bị đẩy và chuyển động theo phương xuyên tâm quay. Và lực đẩy vật này chuyển động theo phương xuyên tâm quay gọi là lực ly tâm.

Lực ly tâm là lực có tỷ lệ thuận khối lượng của vật (m) chuyển động và bình phương tốc độ dài (w) và cùng tỉ lệ nghịch với bán kính (r) của đường cong.

5. Một số ví dụ thực tế

Để giải thích một cách rõ nét nhất về lực quán tính hãy cùng với Vimitech nghiên cứu một số ví dụ về lực này trong cuộc sống hàng ngày sau:

• Khi kéo co, một trong 2 đội đột ngột thả tay, đội còn lại sẽ có xu hướng ngã về phía lực kéo của đội đó.
• Khi xe buýt hay các xe ô tô khác khi đang chuyển động thì đột ngột dừng lại. Điều này sẽ khiến các hành khách trong xe bị kéo vế phía trước.
• Hay khi ô tô đang dừng thì đột ngột di chuyển, các hành khách sẽ có xu hướng ngả về phía sau
• Xe đang chạy bình thường nhưng đột ngột phanh gấp. Lúc này xe sẽ không dừng lại luôn mà theo quán tính sẽ di chuyển thêm một đoạn nữa.
• Khi chúng ta rũ bụi trong quần áo, mặc dù đã dừng lại rồi nhưng bụi vận theo quán tính mà bay ra ngoài.
• Khi các bé chơi xích đu, dù đã ngưng tác động lực nhưng xích đu vẫn di chuyển qua lại, đây chính là nhờ lực này.
• Khi bút mực của bạn bị tắc, ta vẩy mạnh bút rồi dừng lại đột ngột. Theo quán tính mực tiếp tục chuyển động về phía trước và bút tiếp tục viết được