Sách Vật lý Kỹ sư/Lực

Lực

Lực đại diện cho một đại lượng vật lý tương tác với vật để thực hiện một việc . Khi dùng sức đẩy một vật làm cho vật di chuyển từ vị trí đứng yên tạo ra chuyển động . Sức dùng để đẩy vật được gọi là lực . Lực tương tác với vật làm cho vật di chuyển tạo ra chuyển động

Lực có ký hiệu F đo bằng đơn vị Newton N .

$F=1N=1Kgm/s$

Lực tính bằng công thức

$F=ma=m{\frac {d}{dt}}v(t)=m{\frac {d^{2}}{dt^{2}}}s(t)$

5 Định luật Newton

1. Vật ở nguyên trạng thái khi không có Lực tương tác
2. Khi có Lực tương tác, vật sẻ thay đổi trạng thái
3. Ở trạng thái cân bằng, tổng lực tương tác với vật bằng không
4. Vật sẻ tạo một phản lực chống lại lực tương tác
5. Lực hút giửa hai vật tỉ lệ với bình phương khoảng cách giửa hai vật

Lực và chuyển động

Các định luật về Chuyển động của Newton là một hệ thống gồm 3 định luật đặt nền móng cơ bản cho cơ học cổ điển. Chúng mô tả mối quan hệ giữa một vật thể và các lực tác động cũng như chuyển động của vật thể đó. Các định luật đã được diễn giải theo nhiều cách khác nhau trong suốt 3 thế kỷ sau đó.

F = 0	Không có lực tương tác , không có chuyển động	Vật sẽ đứng yên
F≠ 0	Lực tương tác với vật tạo ra chuyển động	Vật sẽ di chuyển
Σ F = 0	Tổng lực trên vật bằng không, vật ở trạng thái cân bằng	Vật ở trạng thái cân bằng

Phản lực

Định luật 4 cho rằng khi có lực F tương tác với vật, vật sẻ tạo một phản lực F_- chống lại lực tương tác. Phản lực sẻ có cường độ bằng lực tương tác và có hướng ngược lại với hướng của lực tương tác

Ở trạng thái cân bằng, tổng lực tương tác với vật bằng 0

$F+F_{-}=0$

Vậy,

$F_{-}=-F$

Định luật hấp dẩn

Định luậ 5 - Đị=nh luật vạn vật hấp dẩn giửa mọi vật cho rằng Lực hút giửa 2 khối lượng tỉ lệ với đảo nghịch bình phương của khoảng cách giửa 2 vật

$F_{d}$ ~ ${\frac {1}{d^{2}}}$

Thí dụ Lực hút giửa 2 khối lượng, lực trái đất hút vật về hướng trái đất

$F_{g}=mg=m{\frac {GM}{h^{2}}}$

Lực hút giửa 2 điện tích khác cực

$F_{Q}=K{\frac {Q_{+}Q_{-}}{r^{2}}}$

Lực hút giửa 2 điện tích cùng loại $Q_{+}=Q_{-}$

$F_{Q}=K{\frac {Q^{2}}{r^{2}}}$

Dạng lực

Động lực

Một khối lượng di chuyển dưới tác động của một động lực tính bằng

$F=ma=m{\frac {v}{t}}={\frac {p}{t}}$

Trọng lực

Một khối lượng rơi xuống đất do có tác động của một trọng lực tính bằng

$F=ma=mg=m{\frac {MG}{h^{2}}}$

Phản lực

Trong hệ thống cân bàng, tổng lực tác động trên vật phải bằng không

$F+(-F)=0$

Phản lực tính bằng -F

Áp lực

Mọi lực tương tác trên diện tích bề mặt của vật được tính bằng

$F={\frac {F_{N}}{A}}$

Lực ma sát

$F=\mu F_{N}$

Lực đàn hồi

Lực đàn hồi là lực sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng. Chẳng hạn, lực gây ra bởi một lò xo khi nó bị nén lại hoặc kéo giãn ra. Lực đàn hồi có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Tức là nó có xu hướng đưa vật trở lại trạng thái ban đầu khi chưa bị biến dạng. Độ lớn của lực đàn hồi, khi biến dạng trong giới hạn đàn hồi, có thể được xác định gần đúng theo định luật Hooke:

V'i

x là độ biến dạng và

k là hệ số đàn hồi (hay độ cứng) của vật.

Định luật này chính xác với những vật dụng như lò xo. Với những vật thể như miếng cao su hay chất dẻo thì sự phụ thuộc giữa lực đàn hồi vào biến dạng có thể phức tạp hơn.

$F=-kx$

$F=-ky$

$F=-l\theta$

Lực ly tâm

$F=m{\frac {v^{2}}{r}}$

Lực hướng tâm

$F=mvr$

Lực Coulomb

Coulomb quan sát cho thấy, khi có 2 điện tích nằm kề nhau . Điện tích cùng loại đẩy nhau , Điện tích khác loại hút nhau . Tương tác giửa các điện tích tạo ra lực hút hay lực đẩy giửa các điện tích . Định luật Coulomb phát biểu là: Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỷ lệ thuận với tích độ lớn của các điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

$F={\frac {Q_{+}Q_{-}}{r^{2}}}$

Lực Ampere

F --> O -E-> O

Theo Ampere, lực điện làm cho Điện tích đứng yên di chuyển tạo ra một Điện trường E được gọi là Lực động điện và tính bằng công thức sau

$F=QE$

Lực Lorentz

Tương tác giửa Điện tích và Từ trường tạo ra Lực động từ có hướng vuông góc với hướng Lực động điện

$F=\pm QvB$

Tương tác giửa Điện tích và Từ trường tạo ra Lực điện từ , tổng của 2 lực Lực động từ và Lực động điện

$F=QE\pm QvB$

Tính toán Lực và Chuyển động

Di chuyển tự do trên mặt đất

F_p → O → v

$F=m{\frac {v}{t}}={\frac {p}{t}}$

$p=mv=Ft$

$v={\frac {p}{m}}={\frac {Ft}{m}}$

$t={\frac {mv}{F}}$

Trên mặt đất bị lực ma sát cản trở

← F_u O F_p →

$F_{p}=F_{\mu }$

$m{\frac {v}{t}}=\mu F_{N}$

$v={\frac {\mu F_{N}t}{m}}$

$t={\frac {mv}{\mu F_{N}}}$

Di chuyển tự do rơi xuống đất

O

↓

-F_g

$F_{g}=mg={\frac {mMG}{h^{2}}}$

$g={\frac {mM}{h^{2}}}$

$h={\sqrt {\frac {mM}{g}}}$

Di chuyển tự do lơ lửng trên không trung

F_p

↑

O

↓

-F_g

$F_{p}=F_{g}$

${\frac {mv}{t}}=mg$

$a=g={\frac {MG}{h^{2}}}$

$h={\sqrt {\frac {MG}{a}}}$

$v=gt$

$t={\frac {v}{g}}$

Di chuyển tự do theo quỹ đạo vòng tròn ở trên trái đât

$F_{r}=F_{g}$

$mvr=mg=m{\frac {MG}{h^{2}}}$

$g=vr={\frac {MG}{h^{2}}}$

$v={\frac {g}{r}}$

$r={\frac {g}{v}}$

$h={\sqrt {\frac {MG}{g}}}={\sqrt {\frac {MG}{vr}}}$

Năng lực Năng lượng

Năng lực cho biết Khả năng thực hiện một việc của lực

$W=Fs=Fvt=pv$

Năng lượng cho biết Khả năng thực hiện một việc của lực trong một đơn vị thơi gian

$E={\frac {W}{t}}=F{\frac {s}{t}}=Fv=Fat=pa$