Thư Viện Công Thức Vật Lý

Bản chất toán học:

Về bản chất toán học, công của một lực chính là tích vô hướng giữa hai vectơ $\overrightarrow{F}, \overrightarrow{S}.$.

Để hiểu rõ bản chất vấn đề, xin nhắc lại bài toán tích vô hướng giữa hai vectơ.

Định nghĩa:

Khi lực $\overrightarrow{F}$  không đổi tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc $\alpha$ thì công thực hiện được bởi lực đó được tính theo công thức $A=F.S.\cos \left(\alpha \right)$

Chú thích:

$A$: công cơ học $\left(J\right)$,

$F$: lực tác dụng $\left(N\right)$.

$S$: quãng đường vật dịch chuyển $\left(m\right)$.

$\alpha$: góc tạo bởi hai vectơ $\overrightarrow{F}, \overrightarrow{S}$ $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

Biện luận:

Mối quan hệ giữa góc anpha và công do lực sinh ra.

Điều kiện cân bằng:

Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải cân bằng với tổng các moment lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ.

Chú thích:

$\Sigma M_c$: tổng moment làm vật quay xuôi chiều kim đồng hồ $(N.m)$.

$\Sigma M_n$: tổng moment làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ $(N.m)$.

Định nghĩa:

Momen lực đối với một trục quay là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.

Chú thích:

 $M$ là momen lực $(N.m)$

$F$ là lực tác dụng $\left(N\right)$

 $d$ là cánh tay đòn - là đoạn thẳng vuông góc nối từ trục quay đến giá của lực $\left(m\right)$

Minh họa về cách xác định momen lực

 Càng đi ra xa trục quay (cánh tay đòn càng tăng) thì khối lượng được phép cẩu lên phải giảm

để tránh tăng momen gây tai nạn lao động.

Quy tắc hợp lực song song cùng chiều:

+ Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng tổng các độ lớn của hai lực ấy: F = F1+F2.

+ Giá của hợp lực chia khoảng cách giữa hai giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy: $\frac{F_1}{F_2}=\frac{d_2}{d_1}$ (chia trong).

Điều kiện cân bằng:

+ Ba lực đó phải có giá đồng phẳng và đồng quy.

+ Tổng hợp lực của hai lực bất kì phải cân bằng với lực còn lại: ${\overrightarrow{F}}_1+{\overrightarrow{F}}_2=-{\overrightarrow{F}}_3$

Chú thích:

$F_1,F_2,F_3$ lần lượt là các lực 1,2,3 tác động vào vật (N).

Tổng hợp của hai lực ${\overrightarrow{F}}_1$và ${\overrightarrow{F}}_2$ cân bằng với trọng lực $\overrightarrow{P}$ của vật.

Điều kiện cân bằng:

Muốn cho một vật chịu tác dụng của hai lực ở trạng thái cân bằng thì hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.

Ứng dụng:

+ Để xác định trọng tâm của vật phẳng, mỏng, đồng chất.

+ Xác định phương thẳng đứng bằng dây dọi.

Chú thích:

$\overrightarrow{F_1}$: là lực thứ nhất tác động lên vật (N).

$\overrightarrow{F_2}$: là lực thứ hai tác động lên vật (N).

Dấu trừ trong công thức nói trên thể hiện hai lực này cùng phương nhưng ngược chiều.

Hai lực cân bằng $\overrightarrow{F_1}$và $\overrightarrow{F_2}$ cùng tác động vào một vật.

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.

Phát biểu:

Nếu vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B sẽ tác dụng trở lại A một lực. Đây là hai mạnh như nhau, cùng phương nhưng ngược chiều.

Chú thích:

$\overrightarrow{F_{AB}}$: lực do vật A tác dụng lên vật B $\left(N\right)$.

$\overrightarrow{F_{BA}}$: lực do vật B tác dụng lên vật A $\left(N\right)$

Tính chất của lực và phản lực:

- Trong hai lực $\overrightarrow{F_{AB}}$ và $\overrightarrow{F_{BA}}$ , ta gọi một lực là lực tác dụng, lực kia là phản lực.

- Lực và phản lực luôn xuất hiện và mất đi đồng thời.

- Lực và phản lực có cùng giá, ngược chiều, cùng độ lớn, nhưng đặt lên hai vật khác nhau. Do đó lực và phản lực không cân bằng nhau, chúng là hai lực trực đối.

Trong hình minh họa chúng ta thấy lực do chân vận động viên tác động vào tường trực đối với lực do tường tác động vào chân vận động viên.

Phát biểu:

Gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng. Độ lớn tỉ lệ thuận với lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Chú thích:

$a$: gia tốc của vật $(m/s^2)$.

$F$: lực tác động $\left(N\right)$.

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

Qua hình ảnh minh họa ta thấy khối lượng và gia tốc của vật là hai đại lượng tỉ lệ nghịch với nhau. Khối lượng càng nhỏ thì gia tốc lớn và ngược lại.

Định nghĩa:

Tổng hợp lực: là thay thế hai lực bằng một lực có tác dụng tương tự. Lưu ý rằng sau khi tổng hợp lực xong chỉ có duy nhất một kết quả tổng hợp.

Trong trường hợp chỉ có hai lực đồng quy: $\overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}$

Điều kiện lực tổng hợp: $\left|F_1-F_2\right| \le F \le F_1+F_2$

1) Trường hợp hai vector cùng phương cùng chiều

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t=F_1+F_2 \end{gathered}$$

2) Trường hợp hai vector cùng phương ngược chiều

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t=\left|F_1-F_2\right| \end{gathered}$$

3) Trường hợp hai vector vuông góc với nhau

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t^2=F_1^2+F_2^2 \end{gathered}$$

4) Với góc alpha bất kì

$$\begin{gathered} \overrightarrow{F_t}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2} \\ {F}_t^2=F_1^2+F_2^2+2F_1{F}_2.\cos \left(\alpha \right) \end{gathered}$$

Chú thích:

$F$: độ lớn của lực tác dụng $\left(N\right)$.

$\alpha$: góc tạo bới hai lực $\left(deg\right)$ hoặc $\left(rad\right)$.

5) Hai vector giống nhau và hợp góc alpha bằng 60 độ

6) Hai vector giống nhau và hợp góc alpha bằng 120 độ

BẢNG TỔNG HỢP CÔNG THỨC XÁC ĐỊNH ĐỘ LỚN CỦA HỢP LỰC