Thư Viện Công Thức Vật Lý

- Khái niệm:

Áp suất được tính bằng áp lực trên một đơn vị diện tích bị nén.

- Công thức:

$\mathbf{p}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{F}}{\mathbf{S}}$

Trong đó:

F: áp lực (N).

S: diện tích tiếp xúc (${\mathrm{m}}^2$).

p: áp suất (N/${\mathrm{m}}^2$).

- Theo quy tắc bàn tay trái, hướng của lực từ là hướng ngang và trọng lực hướng thẳng đứng từ trên xuống.

- Khi cân bằng thì hợp lực ở vị trí như hình vẽ: $\overrightarrow{R} = \overrightarrow{F} + \overrightarrow{P}$

- Điều kiện cân bằng: $2T = R = \sqrt{P^2+F^2}$ với $\tan \alpha = \frac{F}{P}$

Chú thích:

$S_{(n-1)\to n}$: quãng đường vật đi được trong giây thứ n $\left(m\right)$.

$v_{(n-1)}$: vận tốc lúc đầu của vật ở giây thứ (n-1) $(m/s)$.

$a$: gia tốc của vật $(m/s^2)$

Về bản chất, công thức trên được xây dựng từ công thức $S=v_o.t+\frac{1}{2}a.t^2$. Tuy nhiên ta chỉ xét quãng đường vật đi được trong 1s duy nhất. Nên $v_o$ sẽ là vận tốc của vật trước đó 1 giây và thời gian $t$ lúc này bằng đúng 1 giây.

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.

1.Phân tích lực 

a/Định nghĩa : phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống như lực đó.

b/Công thức :

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

Với $F_1,F_2$ là lực thành phần

c/Phân tích lực theo hệ tọa độ vuông góc

Chọn hệ tọa độ xOy vuông góc

$F_x$ lực theo phương Ox

$F_y$ lực theo phương Oy

Từ hình vẽ : $F_x=F\cos \left(\alpha \right) ;F_y=F\sin \left(\alpha \right)$

Xét vật chịu tác dụng bới các lực ${\overrightarrow{F}}_k,\overrightarrow{N},\overrightarrow{P},{\overrightarrow{F}}_{ms}$ với $\alpha$ là góc của mặt phẳng nghiêng , $\beta$ là góc hợp của lực với phương chuyển động.

Theo định luật II Newton : ${\overrightarrow{F}}_k+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}+{\overrightarrow{F}}_{ms}=m\overrightarrow{a}$

$s=v_{0}t+\frac{1}{2}a{t}^2$

$P_k=\frac{A_{F_k}}{t}=\frac{F_k.s.\cos \left(\beta \right)}{t}$ (công suất trung bình)

$P_{tt}=F_k.v.\cos \left(\beta \right)$ (công suất tức thời)

TH1 Vật đi xuống mặt nghiêng :

Chiếu lên phương chuyển động : 

$$\begin{gathered} F_k.\cos \left(\beta \right)=ma+F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{ma+F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{m\left(a+g\left(\mu \cos \left(\alpha \right)-\sin \left(\alpha \right)\right)\right)}{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy:$N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH2 Vật đi lên mặt nghiêng :

Chiếu lên phương chuyển động:

$$\begin{gathered} F_k\cos \left(\beta \right)=ma+F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{ma+F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{m\left(a+g\left(\mu \cos \left(\alpha \right)+\sin \left(\alpha \right)\right)\right)}{\cos \left(\beta \right)+\mu \sin \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy : $N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH3 Vật đi theo phương ngang

$$\begin{gathered} \alpha =0\Rightarrow F_k=\frac{m\left(a+\mu g\right)}{\cos \left(\beta \right)+\mu \sin \left(\beta \right)} \\ {F}_{ms}=\mu \left(P-F\sin \left(\beta \right)\right) \end{gathered}$$

Khi lực F hướng xuống so với phương chuyển động một góc $\beta$ ta thay $\sin \left(\beta \right)$ bằng $-\sin \left(\beta \right)$

Xét vật chuyển động chịu các lực ${\overrightarrow{F}}_k,\overrightarrow{N},\overrightarrow{P},{\overrightarrow{F}}_{ms}$ chuyển động trên mặt phẳng nghiêng với $\alpha$ là góc của mặt phẳng nghiêng , $\beta$ là góc hợp bởi hướng của lực so với phương chuyển động.

Theo định luật II Newton : ${\overrightarrow{F}}_k+\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}+{\overrightarrow{F}}_{ms}=\overrightarrow{0}$

$s=vt$

Vật chuyển động đều nên công suất tức thời bằng công suất trung bình

$P_{F_K}=\frac{A_{F_k}}{t}=F_k.v\cos \left(\beta \right)$

TH1 Vật đi xuống mặt phẳng nghiêng :

Chiếu lên phương chuyển động :

$$\begin{gathered} F_k.\cos \left(\beta \right)=F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{F_{ms}-P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{P\left(\mu \cos \left(\alpha \right)-\sin \left(\alpha \right)\right)}{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy:$N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH2 Vật đi lên mặt phẳng nghiêng

Chiếu lên phương chuyển động:

$$\begin{gathered} F_k\cos \left(\beta \right)=F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)\Rightarrow F_k=\frac{F_{ms}+P\sin \left(\alpha \right)}{\cos \left(\beta \right)} \\ \Rightarrow F_k=\frac{P\left(\mu \cos \left(\alpha \right)+\sin \left(\alpha \right)\right)}{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \end{gathered}$$

Chiếu lên phương Oy :$N=P\cos \left(\alpha \right)-F_k\sin \left(\beta \right)\Rightarrow F_{ms}=\mu N$

TH3 Vật đi trên mặt phẳng ngang 

$$\begin{gathered} \alpha =0\Rightarrow F_k=\frac{P-F_k\sin \left(\beta \right)}{\cos \left(\beta \right)}\Rightarrow F_k=\frac{P\mu }{\mu \sin \left(\beta \right)+\cos \left(\beta \right)} \\ {F}_{ms}=\mu \left(P-F_k\sin \left(\beta \right)\right) \end{gathered}$$

Khi lực $F_k$ có hướng lệch xuống ta thay $\sin \beta$bằng $-\sin \left(\beta \right)$

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.

$F$ lực tác dụng của thanh

$k \left(N.m\right)$ độ cứng của thanh

$S$$\left(m^2\right)$ tiết diện ngang của thanh

$E$$\left(Pa\right)$ ứng suất

$∆t=t_2-t_1$ độ biến thiên nhiệt độ

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 : $∆l=∆l_1+∆l_2$,

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