Sách Vật lý 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

Ký hiệu công thức và đơn vị đo lường

Lực có ký hiệu F tính bằng công thức F=ma đo bằng đơn vị Newton N .

$F=ma=1N=1Kgm/s^{2}$

Vector Lực

Với mọi vector lực tương tác với vật theo hướng nghiêng tạo ra từ tổng của 2 vector lực - lực tương tác với vật theo hướng ngang và lực tương tác với vật theo hướng dọc

${\vec {F}}={\vec {F}}_{x}+{\vec {F}}_{y}=F_{x}{\vec {i}}+F_{y}{\vec {j}}$

Cường độ và góc độ nghiêng của lực tương tác với vật theo hướng nghiêng

$F\angle \theta ={\sqrt {F_{x}^{2}+F_{y}^{2}}}\angle Tan^{-1}{\frac {F_{y}}{F_{x}}}$

Cường độ lực tương tác với vật theo hướng ngang

$F_{x}=Fcos\theta$

Cường độ lực tương tác với vật theo hướng dọc

$F_{y}=Fsin\theta$

5 Định luật Newton

5 Định luật Newton- các định luật vật lí được nhà vật lí học Isaac Newton tìm ra lần đầu tiên và được xuất bản trong cuốn sách Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên) năm 1687. Newton dùng những định luật này để giải thích và nghiên cứu chuyển động của các vật thể, ví dụ như chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời.[5]

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. Vật sẻ tạo một phản lực chống lại lực tương tác
4. Lực hút giửa hai vật tỉ lệ với bình phương khoảng cách giửa hai vật
5. Ở trạng thái cân bằng, tổng lực tương tác với vật bằng không

Định luật 1 cho rằng vật đứng yên sẻ đứng yên khi không có lực tương tác . Vật di chuyển sẻ di chuyển cho đến khi có một lực làm cho vật đứng yên

Định luật 2 cho rằng mọi vật đứng yên sẻ di chuyển khi có lực tương tác . Lực làm cho vật di chuyển tỉ lệ với khối lượng vật và gia tốc di chuyển

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

Định luật 3 cho rằng mọi vật ở trạng thái cân bằng khi tổng lực tương tác với vật bằng 0

$F_{1}+F_{2}+...+F_{n}=0$

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

$F+F_{-}=0$

Vậy,

$F_{-}=-F$

Định luật 5 cho rằng lực hút giửa 2 vật tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách

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

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

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

Lực hút giửa 2 điện tích khác cực

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

Dạng lực cơ bản

Động lực

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

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

$p=mv=F_{p}t$

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

Trọng lực

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

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

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

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

$G={\frac {gh^{2}}{M}}$

Phản lực

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

$F+(F_{-})=0$

Phản lực tính bằng

$F_{-}=-F$

Áp lực

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

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

Lực ma sát

$F_{\mu }=\mu F_{N}$

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.

$F_{x}=-kx$

$F_{y}=-ky$

$F_{\theta }=-l\theta$

Lực ly tâm

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

$v={\sqrt {\frac {F_{v}r}{m}}}$

Lực hướng tâm

$F_{r}=mvr=pr$

$v={\frac {F_{r}}{mr}}$

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 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 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

$F=QE\pm QvB$

Tương tác giửa Điện tích và Từ trường tạo ra Lực động từ làm cho điện tích di chuyển theo vòng tròn do có cân bằng giửa 2 lực Lực động từ và Lực quay tròn cua điện tích

$F_{B}=F_{r}$

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

$v={\frac {Q}{m}}Br$

$r={\frac {mv^{2}}{QB}}$

Lực Hạt nhân mạnh (Lực giủ lại)

$nhf=mvr$

Lực Hạt nhân yếu (Lực thoát ly)

$hf=hf_{o}+{\frac {1}{2}}mv^{2}$

Lực và chuyển động của vật

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

Chuyển động tự do của vật không bị cản trở

Di chuyển tự do trên mặt đất

O →

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

$p=mv=Ft$

Di chuyển tự do rơi xuống đất

O

↓

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

$h={\sqrt {\frac {mMG}{F}}}$

Di chuyển tự do lơ lửng trên không trung

↑

O

↓

$F_{p}=F_{g}$

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

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

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

$v=gt$

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

$W_{p}=W_{g}$

${\frac {mv^{2}}{2}}=mgh$

$v={\sqrt {2gh}}$

$d={\frac {v^{2}}{2g}}$

Di chuyển tự do theo quỹ đạo vòng tròn

$F_{r}=F_{g}$

$mvr=mg$

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

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

$W_{r}=W_{g}$

${\frac {mv^{2}}{r}}=mgh$

$v={\sqrt {rgh}}$

$h={\frac {v^{2}}{rg}}$

Chuyển động tự do của vật bị cản trở

Trên mặt đất bị lực ma sát cản trở

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

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

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

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

$W_{\mu }=W_{p}$

$\mu F_{N}d=mgh$

$d={\frac {mgh}{\mu F_{N}}}$

$h={\frac {\mu F_{N}d}{mg}}$

Theo hình cong xuống

${\vec {F}}={\vec {F}}_{p}+{\vec {F}}_{g}=F_{p}{\vec {i}}+F_{g}{\vec {j}}$

$F\angle \theta ={\sqrt {F_{p}^{2}+F_{g}^{2}}}\angle Tan^{-1}{\frac {F_{g}}{F_{p}}}$

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

$F_{g}=mg$

$\theta =\angle Tan^{-1}{\frac {F_{g}}{F_{p}}}={\frac {gt}{v}}$

Theo hình cong lên xuống

${\vec {F}}={\vec {F}}_{p}+{\vec {F}}_{g}=F_{p}{\vec {i}}+F_{g}{\vec {j}}$

Chuyển động của điện tích

Lực Coulomb

Lực hút giửa điện tích khác loại

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

Khoảng cách giửa 2 điện tích

$r=K{\frac {Q_{+}Q_{-}}{F}}$

Lực Ampere

Lực điện làm cho điện tích đứng yên di chuyển

$F=QE$

$F=QE=Q{\frac {V}{l}}={\frac {W}{l}}$

$l={\frac {W}{F}}$

$v={\frac {l}{t}}={\frac {W}{Ft}}={\frac {U}{F}}$

$t={\frac {l}{v}}={\frac {W}{F}}/{\frac {U}{F}}={\frac {W}{F}}\times {\frac {F}{U}}={\frac {W}{U}}$

Lực Lorentz

Lực điện làm cho điện tích di chuyển theo hướng dọc

$F=\pm QvB$

$F=QvB=ItvB=IlB$

$l={\frac {F}{IB}}$

$v={\frac {F}{Qv}}$

$t={\frac {l}{v}}={\frac {F}{IB}}/{\frac {F}{Qv}}={\frac {F}{IB}}\times {\frac {Qv}{F}}={\frac {Qv}{IB}}$

Lực điện làm cho điện tích di chuyển theo hướng nghiêng

$F=Q(E\pm vB)$

Khi $v=0$

$F=Q(E\pm vB)=QE$

Khi v ≠ 0 , $QE=0$

$F=Q(E\pm vB)=QvB$

Khi $E\pm vB=0$

$F=Q(E\pm vB)=0$

$E=vB$

$B={\frac {1}{v}}B$

$v={\frac {E}{B}}$

Đừong dài đường thẳng nghiêng

$l={\sqrt {l_{E}^{2}+l_{B}^{2}}}={\sqrt {({\frac {Qv}{F}})^{2}+({\frac {F}{IB}})^{2}}}$

Tổng lực làm cho điện tích di chuyển theo vòng tròn

$F_{p}=F_{B}$

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

${\frac {Q}{m}}={\frac {v^{2}}{rvB}}={\frac {v}{rB}}$

$r={\frac {mv^{2}}{QB}}$

Chuyển động điện tử trong nguyên tử điện

Bán kín Bohr

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

Cho lực Coulomb bằng lực ly tâm

$k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}={\frac {mv^{2}}{r}}$

$kZe^{2}=mv^{2}r$

$r={\frac {kZe^{2}}{mv^{2}}}$

Bohr điều kiện để lượng tử hóa của góc độn lượng

$mvr={\frac {nh}{2\pi }}$

Giải tìm v

$v={\frac {nh}{2\pi mr}}$

Thế v vào r

$r={\frac {kZe^{2}}{m({\frac {nh}{2\pi mr}})^{2}}}$

$r={\frac {kZe^{2}}{m}}{\frac {4\pi ^{2}m^{2}r^{2}}{n^{2}h^{2}}}$

$1={\frac {4\pi ^{2}kZe^{2}m^{2}}{mn^{2}h^{2}}}r$

$r={\frac {n^{2}h^{2}}{4\pi ^{2}kZe^{2}m}}={\frac {n^{2}\hbar ^{2}}{mkZe^{2}}}$

Với Hydrogen Z=1, n=1

$r_{1}=0.0529177nm$ được biết là bán kín Bohr Bohr radius

Tầng năng lượng lượng tử

$E={\frac {1}{2}}mv^{2}-k{\frac {Q_{+}Q_{-}}{r^{2}}}$

$E={\frac {1}{2}}mv^{2}-k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}$

${\frac {mv^{2}}{r}}=k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}$

${\frac {mv^{2}}{r}}{\frac {r}{2}}=k{\frac {Ze^{2}}{r^{2}}}{\frac {r}{2}}$

${\frac {1}{2}}mv^{2}=k{\frac {Ze^{2}}{2r}}$

$E=k{\frac {Ze^{2}}{2r}}-k{\frac {Ze^{2}}{r}}=-{\frac {kZe^{2}}{2r}}$

Với Hydrogen Z=1

$E=-{\frac {13.6eV}{n^{2}}}$

n được biết là số lượng tử Principal quantum number

$hf=E_{3}-E_{2}={\frac {-13.6eV}{3^{2}}}-{\frac {-13.6eV}{2^{2}}}$

$hf=E_{3}-E_{2}=-1.511eV+3.40eV=1.89eV$

$f={\frac {1.89eV}{h}}({\frac {1.6\times 10^{-}{19}}{eV}})=4.56\times 10^{1}4$

Bước sóng vạch sáng

$\Delta E=E_{n}-E_{n-1}=nhf=nh{\frac {C}{\lambda }}$

${\frac {1}{\lambda }}={\frac {\Delta E}{nhC}}$

Vạch sáng Lyman

${\frac {1}{\lambda }}=R({\frac {1}{1^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}})$ . Với n=2,3,4 ... 91-122nm

Vạch sáng Balmer

${\frac {1}{\lambda }}=R({\frac {1}{2^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}})$ . Với n=3,4,5 ... 365-656nm

Vạch sáng Paschen

${\frac {1}{\lambda }}=R({\frac {1}{3^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}})$ . Với n=4,5,6 ... 820-1875nm

Điện tử đi ra nguyên tử điện

$hf=hf_{o}+{\frac {1}{2}}mv^{2}$

$v={\sqrt {\frac {2h\Delta f}{m}}}$

$h={\frac {mv^{2}}{2\Delta f}}$

$\Delta f=f-f_{o}=f-{\frac {C}{\Lambda _{o}}}=f-{\frac {3\times 10^{8}m/s}{400-700nm}}$

Điện tử đi vô nguyên tử điện

$nhf=mvr(2\pi )$

$v=({\frac {1}{2\pi }})({\frac {nhf}{mr}})$

$r=({\frac {1}{2\pi }})({\frac {nhf}{mv}})$

$n=2\pi r({\frac {mv}{hf}})$