Công thức liên quan CHƯƠNG II: Động lực học chất điểm.

Khi chất điểm chịu tác bởi hai lực đồng qui: 

$$\begin{gathered} {\overrightarrow{F}}_1+{\overrightarrow{F}}_2=\overrightarrow{0} \\ \Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{F}_1=F_2\\ {\overrightarrow{F}}_1⇅{\overrightarrow{F}}_2\end{array}\right. \end{gathered}$$

Nhận xét : Để chất điểm cân bằng hai lực này cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược chiều nhau.

Khi chất điểm chịu tác dụng của ba lực đồng qui:

${\overrightarrow{F}}_1+{\overrightarrow{F}}_2+{\overrightarrow{F}}_3=\overrightarrow{0}$

$\Rightarrow \left\{\begin{array}{l}{F}_3=F_{12}\\ {\overrightarrow{F}}_3⇅{\overrightarrow{F}}_{12}\end{array}\right.$

Với $F_{12}$ là hợp lực của $F_1 ,F_2$

Nhận xét : Để chất điểm cân bằng khi chịu tác dụng của ba lực đồng qui , hợp lực của hai lực bất kì cân bằng với lực còn lại.

Có thể vận dụng công thức toán học để tìm mối liên hệ.

$\frac{F_2}{\sin \left(\alpha \right)}=\frac{F_1}{\sin \left(\beta \right)}=\frac{F_3}{\sin \left(180°-\alpha -\beta \right)}$ (Định lý sin)

Đối với chất điểm có N (N>3) lực tác dụng : ta tổng hợp N-1 lực sau đó cân bằng với lực cuối.

Lực quán tính ly tâm

1/ Định nghĩa: Lực quán tính ly tâm là lực quán tính xuất hiện khi vật chuyển động tròn và có xu hướng làm vật hướng ra xa tâm.

Ví dụ: Người trên ghế phía dưới đu quay có xu hướng văng ra xa.

2/ Công thức :

$F_q=m\frac{v^2}{r}=m{\omega }^{2}r$

$F_q$ lực quán tính li tâm

$\omega$ $\left(rad/s\right)$ tần số góc khi quay.

3/ Đặc điểm:

- Lực ly tâm có chiều hướng xa tâm và có cùng độ lớn với lực hướng tâm.

- Ứng dụng trong máy ly tâm , giải thích chuyển động cơ thể ngồi trên xe khi ôm cua.

Do khối lượng xe container lớn, thêm vào đó là trời mưa, đường trơn, dẫn đến lực quán tính li tâm rất lớn, làm xe bị "ngã" ra xa và lật đổ.

Khái niệm chung:

Trong một hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc a so với hệ quy chiếu quán tính, các hiện tượng cơ học xảy ra giống như là mỗi vật có khối lượng m chịu thêm tác dụng của một lực bằng $-m.\stackrel{\rightharpoonup }{a}$ Lực này được gọi là lực quán tính.

Về độ lớn: 

$F_{qt}=m\left|a\right|$

Về chiều:

Lực quán tính ngược chiều với gia tốc.

Lưu ý:

+ Lực quán  tính không có phản lực.

+ Vật chuyển động nhanh dần thì vận tốc và gia tốc cùng chiều.

+ Vật chuyển động chậm dần thì vận tốc và gia tốc ngược chiều.

Nhờ có quán tính, nên khi ta kéo chiếc khăn thật nhanh thì đồ vật trên bàn vẫn không bị rớt ra.

Chú thích:

$F_{qt}$: lực quán tính $\left(N\right)$.

$m$: khối lượng của vật $\left(kg\right)$.

$a$: gia tốc của vật $(m/s^2)$

Tính chất:

+Lực ma sát nghỉ chỉ xuất hiện khi có ngoại lực tác dụng lên vật và ngoại lực này có xu hướng làm cho vật chuyển động nhưng chưa đủ để thắng lực ma sát.

+Giá của lực ma sát nghỉ luôn nằm trong mặt phẳng tiếp xúc giữa hai vật.

+Lực ma sát nghỉ luôn ngược chiều với ngoại lực.

+ Lực ma sát nghỉ có hướng ngược với hướng của lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc, có độ lớn bằng độ lớn của lực tác dụng khi vật còn chưa chuyển động.

+ Khi lực tác dụng song song với mặt tiếp xúc lớn hơn một giá trị nào đó thì vật sẽ trượt. Điều đó chứng tỏ lực ma sát nghỉ có độ lớn cực đại bằng giá trị này.

+ Khi vật trượt thì lực ma sát trượt nhỏ hơn lực ma sát nghỉ cực đại.

Chú thích:

${\mu }_n$:hệ số ma sát nghỉ.

$N$: là áp lực của vật lên mặt phẳng $\left(N\right)$.

$F_M$: là lực ma sát nghỉ cực đại $\left(N\right)$.

$F_{msn}$: lực ma sát nghỉ $\left(N\right)$.

Lực ma sát nghỉ làm cản trở chuyển động của vật.

Xe tải bị lật khi ôm cua do lực quán tính ly tâm lớn hơn lực ma sát nghỉ.

Trời mưa cùng làm giảm hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường.

Ta giả thiết bỏ qua khối lượng lò xo

Đối với hệ lò xo mắc song song

Định luật II Newton cho vật :

${\overrightarrow{F}}_{dh1}+{\overrightarrow{F}}_{dh2}+\overrightarrow{F}=\overrightarrow{0}\Rightarrow k_1∆l_1+k_2∆l_2=F$

Mặc khác : độ biến dạng của từng lò xo :$∆l=∆l_1=∆l_2$  ,$F=F_{dhhe}=\left(k_1+k_2\right).∆l$

$k_{he}=k_1+k_2$

Đối với hệ lò xo mắc nối tiếp:

Định luật II Newton cho vật:

${\overrightarrow{F}}_{dh1}+\overrightarrow{F}=\overrightarrow{0}\Rightarrow F_{dh1}=F$

Tại điểm nối lò xo : ${\overrightarrow{F}}_{dh1}=-{\overrightarrow{F}}_{dh2}\Rightarrow F_{dh1}=F_{dh2}=F$

Mặc khác : độ biến dạng của từng lò xo : $∆l=∆l_1+∆l_2$,

$$\begin{gathered} \Rightarrow \frac{F}{k_{he}}=\frac{F}{k_1}+\frac{F}{k_2} \\ \Rightarrow \frac{1}{k_{he}}=\frac{1}{k_1}+\frac{1}{k_2} \end{gathered}$$

1. Lực căng dây

Định nghĩa : Lực căng dây là lực xuất hiện giữa các phần tử trên dây khi có lực tác dụng làm dây có xu hướng dãn.Lực căng dây phụ thuộc vào chất liệu làm dây.

Kí hiệu : $T$ ,đơn vị : $\left(N\right)$

Đặc điểm:

+ Phương : cùng phương với dây khi bị căng.

+ Chiều : ngược chiều hợp lực của ngoại lực tác dụng .

+ Độ lớn: cùng độ lớn với độ lớn hợp lực của ngoại lực.

Bỏ qua khối lượng của dây và ma sát với ổ trục , lực căng dây có độ lớn như nhau ở các vị trí trên dây.

2. Bài toán ròng rọc

A Ròng rọc cố định                            B Ròng rọc động

Ròng rọc cố định : có tác dụng thay đổi hướng của lực $T_1=T_2=F$

Ròng rọc động :có tác dụng giảm lực : $T_1=T_2=\frac{F}{2}$

Chú thích:

$v$: vận tốc của vật $(m/s)$.

$v_x$: vận tốc của vật theo phương ngang $(m/s)$.

$v_y$: vận tốc của vật theo phương thẳng đứng $(m/s)$.

$v_o$: vận tốc ban đầu của vật, trong trường hợp này là vận tốc ném $(m/s)$.

$h$: độ cao của vật $\left(m\right)$.

$g$: gia tốc trọng trường do trái đất tác động lên vật $(m/s^2)$.

$\alpha$ : Góc bay của vật so với phương ngang khi ở độ cao h

Phương trình chuyển dông theo phương ngang: $x=v_{0}t$

Phương trình chuyển động theo phương thẳng đứng: $y=\frac{1}{2}g{t}^2$

Chú thích:

$y$: tọa độ của vật theo phương thẳng đứng $\left(m\right)$.

$x$: tọa độ của vật theo phương ngang $\left(m\right)$.

$v_o$: vận tốc ban đầu của vật, trong trường hợp này là vận tốc ném $(m/s)$.

$g$: gia tốc trọng trường do trái đất tác động lên vật $(m/s^2)$.

$h_0$ : Độ cao lúc bắt đầu ném

Định luật Hooke:

1.Phát biểu

- Trong giới hạn đàn hồi, độ lớn lực đàn hồi của lò xo tỉ lệ thuận với độ biến dạng của lò xo.

2.Đặc điểm

- Phương của lực: lực đàn hồi có phương dọc trục lò xo.

- Chiều của lực:

     + Lực đàn hồi ở đầu không cố định ngược chiều với chiều biến dạng của lò xo (hướng về vị trí không biến dạng).

     + Lực đàn hồi tác dụng lên hai đầu có cùng độ lớn nhưng ngược hướng nhau .

- Độ lớn: tuân theo định luật Hooke.

- Dấu trừ trong công thức $\overrightarrow{F_{đh}}=-k.\overrightarrow{∆l}$ thể hiện lực đàn hồi luôn chống lại tác nhân gây ra biến dạng của nó.

- Nếu chỉ tính độ lớn ta có Fđh=k.∆l

Chú thích:

$F_{đh}$: lực đàn hồi (N).

k: độ cứng lò xo (N/m).

∆l: độ biến dạng của lò xo (m)

Trường hợp lò xo nằm ngang:

Tại vị trí cân bằng: F=Fdh⇔F=k.∆l.

Độ biến dạng lò xo tại vị trí cân bằng: $∆l_0=\frac{F}{k}$

Chiều dài của lò xo ở vị trí cân bằng: $l=l_0+∆l_0$

Chú thích:

F: lực tác dụng (N).

Fđh: lực đàn hồi (N).

k: độ cứng lò xo (N/m).

∆l: độ biến dạng của lò xo (m)

l: chiều dài của lò xo ở vị trí đang xét (m).

lo: chiều dài tự nhiên của lò xo - khi chưa có lực tác dụng (m).

Lưu ý : Nếu ban đầu chưa tác dụng lực hoặc lò xo ở chiều dài tự nhiên thì dô biến dạng ban đầu bằng không.