Thư Viện Công Thức Vật Lý

Định nghĩa:

Ngẫu lực là hai lực tác dụng lên vật song song ngược chiều cùng độ lớn cách nhau d.

Công thức :

                                  $M=F.d$

Với :

$M$ $\left(N.m\right)$:momen ngẫu lực.

$F \left(N\right)$ : lực tác dụng.

$d \left(m\right)$ : khoảng cách giữa hai lực.

Ý nghĩa: Hợp lực tác dụng vào vật bằng không. Nhưng momen lực không cân bằng gây nên gây ra tác dụng quay. Với trục quay vuông góc với hai lực tại trung điểm của khoảng cách hai lực.

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.

- 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 $\tan \alpha = \frac{F}{P}$

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.