Thư Viện Công Thức Vật Lý

1.Mặt chân đế

a/ Định nghĩa : mặt chân đế là hình đa giác lồi nhỏ nhất bao bọc tất cả diện tích tiếp xúc của vật và mặt đỡ.

b/ Ví dụ:

2. Điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế

Giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế .

Người đứng vững do giá của trọng lực rơi đúng vào mặt chân đế.

Đứng tấn

3. Mức vững vàng của sự cân bằng

Mức vững vàng của sự cân bằng được xác định bằng độ cao của trọng tâm vật và diện tích của mặt chân đế.

Trọng tâm của vật càng cao vật càng dễ lật đổ và ngược lại.

Diễn viên xiếc Quốc Cơ và Quốc Nghiệp khiến cả thế giới khâm phục vì màn biểu diễn chồng đầu giữ thăng bằng. Như hình minh hoạ, chúng ta có thể thấy trọng tâm của cả hai diễn viên đều rất cao và chỉ với mặt chân đế rất nhỏ.

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 $-\sin \left(\beta \right)$

1.Trọng tâm

Định nghĩa: Trọng tâm là điểm đặt của trọng lực lên vật.

Ý nghĩa : Có thễ xem vật có khối lượng tập trung ở trọng tâm

2. Một số trọng tâm hình học:

3.Phương pháp tìm trọng tâm

Cách 1 : Dùng công thức xác đĩnh trọng tâm.

Chọn gốc O , vị trí bị khoét ta thay $m <0$

Công thức : ${\overrightarrow{r}}_{G/O}=\frac{m_1{\overrightarrow{r}}_1+m_2{\overrightarrow{r}}_2}{m}$

Cách 2: Dùng tổng hợp hai lực song song cùng chiều

$G$ trọng tâm của vật còn nguyên.

$G\text{'}$ trọng tâm của vùng bị khoét.

A trọng tâm mới của vật.

Theo quy tắc hợp lực song song:

$$\begin{gathered} \left\{\begin{array}{l}{P}_1=P-P_2\\ \frac{P_1}{P_2}=\frac{GG\text{'}}{x}\end{array}\Rightarrow x=\frac{P_2}{P-P_2}.GG\text{'}\right. \\ \Rightarrow x=\frac{S_2}{S-S_2}.GG\text{'} \end{gathered}$$

Với $W_{sau}$ là cơ năng của vật lúc sau

$W_{truoc}$ là cơ năng của vật lúc bắt đầu xét

A là tổng công của các lực 

Q là nhiệt lượng tỏa ra của vật

Do phản lực vuông góc với phương chuyển động

$A_N=0$

Lực căng dây luôn vuông góc với vec to chuyển động

$A_T=0$

Khi vật chuyển động tròn đều

$A_{ht}=0$

TH1 Khi vật chuyển động trên mặt nghiêng :

$$\begin{gathered} N=P_y=P\cos \left(\alpha \right) \\ \Rightarrow A_{Fms}=-F_{ms}.s=-\mu .P.s.\cos \left(\alpha \right) \end{gathered}$$

TH2 Khi vật chịu lực F tác dụng và lệch góc $\beta$ hướng lên so với phương chuyển động

$N=P-F\sin \left(\beta \right)$

$\Rightarrow A_{Fms}=-\mu .\left(P-F\sin \left(\beta \right)\right).s$

TH3 Khi vật chịu lực F tác dụng và lệch góc $\beta$ hướng xuống so với phương chuyển động

$$\begin{gathered} N=P+F\sin \left(\beta \right) \\ \Rightarrow A_{Fms}=-\mu \left(P+F\sin \left(\beta \right)\right) \end{gathered}$$

Đối với bài toán vừa trên mặt nghiêng và lực lệch góc 

$N=P\cos \left(\alpha \right)\pm F\sin \left(\beta \right)$

$\Rightarrow A_{Fms}=-\mu N$

$$\begin{gathered} N=P \\ {F}_{ms}=\mu N \end{gathered}$$

Theo định luật 2 Newton

$\overrightarrow{N}+\overrightarrow{P}=m\frac{v^2}{R}$

Khi qua cầu lồi :

$$\begin{gathered} P-N=m\frac{v^2}{R} \\ \Rightarrow N=P-m\frac{v^2}{R} \end{gathered}$$

Khi qua cầu lõm

$$\begin{gathered} N-P=m\frac{v^2}{R} \\ \Rightarrow N=P+m\frac{v^2}{R} \end{gathered}$$

Với $W_{đ}$ là động năng ban đầu

$W_{đ}\text{'}$ là động năng còn lại

m>n $E_m,E_n$ là năng lượng ở mức quỹ đạo m ,n