Tìm hiểu về quán tính Quán tính, trong vật lý học, là tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động của một vật. Tính chất này hiểu nôm na là "tính ì" của vật. Khi một vậtkhông chịu tác dụnglực haycác lực tác dụng lênvật cân bằng thì vận tốccủa vật không thay đổi (vật giữ nguyên trạngthái đứng yên hay chuyển độngthẳng đều). Tínhchất giữ nguyên vận tốc củavật gọi là quán tính(tiếng Anh: Inertia).Do có quán tínhnênkhi vật chịu tác dụng củalực thì vậtkhông thể lậptức đạt ngayvận tốc cầncó mà phải có đủ thời gian để tăng haygiảm vận tốc mà vật đang có. Mức quán tính củamỗi vật phụ thuộc vào khối lượng của vật. Vậtcó khối lượng càng lớn thì mức quán tínhcàng lớn. Thí nghiệm vui về quán tính Hình a Hình b Hình c Mức độ "ì" của vật gắnliền với khối lượngcủavật chất. Vật có khối lượng lớn có sức ìlớn hơn và cầncó lực lớn hơnđể làm thay đổichuyển động của nó. Mối liên hệ giữa quán tínhvới khối lượng được Newtonphát biểu trong định luật 2 Newton. Khối lượng hiểu theo nghĩa độ lớn của quán tính,khối lượngquán tính, khôngnhất thiết trùngvới khối lượng hiểu theo nghĩa mức độ hấp dẫn vật thể khác,khối lượng hấp dẫn. Tuy nhiên các thí nghiệmchính xáchiện nay cho thấy haikhối lượng này rấtgần nhauvà nguyên lýtương đươngdùng để xây dựng nên thuyết tương đối rộng của AlbertEinsteinphát biểu rằng haikhối lượng này là một. Khối lượng quán tínhtrong chuyển động thẳng đều còn được mở rộng thành khái niệmmô men quán tínhtrong chuyển động quay. Xu hướng giữ nguyên trạng thái chuyển độngcủa vậtchất đượcphát biểu lần đầu bởi GalileoGalilei và được IsaacNewton tổng kết lại trong định luật 1 Newton (cònđược gọi là định luật quán tính).Mọi vậtđều có: xu hướng giữ nguyên trạngthái đứng yên xu hướng giữ nguyên trạngthái chuyển động thẳngđều khi không có ngoại lựctác động vào chúng. Đâychính làchuyển độngtheo quán tính. Tronglý thuyết tươngđối rộng,chuyển độngtheo quán tínhlà chuyển động theo đườngtrắc địatrong không thời gian. Các thí nghiệm vui sauđây giúp chúng ta tiếp cận với khái niệm quán tính,và có thể gây bất ngờ cho nhiều người. Các bạn có thể thực hiện trước ở nhà vàbiểu diễn cho các bạn cùnglớp trongcác buổi học ngoại khoá Vật lí. Thí nghiệm 1 : Dùng haisợi dây mảnhtreo quả bóng đá bơm căng (hoặc thay bằngquả cân)và treo như Hình a. Em nêu tình huống trướcmọi người : nếu giật nhanh thì sợi dây dưới hay dây trên sẽ đứt ? Thí nghiệm 2 : Trải một tờ giấy mỏng ở mép bàn (Hình b)rồi đặtmột nắp bút thẳng đứnglên trên.Em hãyyêu cầu các bạn củamình tìm cách lấytờ giấy đi mà vẫn giữ nắp bút khôngđổ.Để tròchơi thêm phần lí thúem cóthể thay nắp bút bằngcốc thủy tinhhoặc vỏ chai nướcngọt, quyển tự điển (Hìnhc) Sau khi đã hiểuđược khái niệm quán tính, ta cóthể vận dụng để giải thích các hiện tượng có liênquan,ví dụ: 1. Một người đứng trên mộtchiếc thuyền đang chuyển động.Tại saongười ấy lại khó giữ được vị trí cũ của mìnhnếu thuyền đột ngột dừng lại ? 2. Khi nhổ cỏ dại, không nên bứt đột ngột ? 3. Trongcác phimhành động thường cócác cảnh rượt đuổi gay cấn. Ví dụ, một ôtô cảnh sát đang đuổi theo một tội phạm lái môtô. Khi ô tô cảnhsát sắp bắt được kẻ tội phạm ấy, mô tô thình lình rẽ ngoặt sang hướngkhác. Tại saomô tôrẽ như vậy thì cảnhsát khó bắt đượckẻ tội phạm? Hiệu ứng Magnus Hiệu ứng Magnus là một trong những hiện tượng vật lý khá thú vị. Một trong những hiện tượng của hiệu ứng đó chính là đường đi không thẳng của quả bóng đá(quỹ đạo chuyển động của quả bóng có hình vòng cung) Khí động lực học của trái bóng Sự lệchquỹ đạocủa một vật thể quaytròn lần đầutiên đượcgiải thích bởi Lord Rayleigh dựa trên công trìnhthực hiệnnăm 1852của nhàvật lý ĐứcGustav Magnus. Thực ra hồiấy Magnusmuốn nghiên cứu xemtại saonhững quả đạn lại bị lệch sang mộtbên khivừa quay tròn vừachuyển động,song sự lý giải của ông cũng được áp dụng rất tốt cho trường hợp quả bóng đá. Ta hãy xét một tráibóng đangquay quanh mộttrục vuônggóc với dòngkhông khí chuyển động trên bề mặt củanó. Tại một phía mặt bêncủa bóng,chiềuquay của nó cùng chiều vớichuyểnđộng của dòngkhông khí (giả thiết) và như vậy dòng khíở mặt bênnày sẽ đi nhanhhơn so với dòng khíở phần giữa gần trục quaycủa bóng. Theonguyên lý Bernouilli,áp suất tại mộtmặt bên của bóng, nơi có dòng khí chuyển động nhanhhơn sẽ nhỏ hơnáp suất ở phần giữa. Tại mặt bên kia của bóngthì điều này xảy ra ngượclại, vì tại đó chiều quaycủa bóng sẽ ngược với chiều chuyển động của dòngkhí, làm giảm tốc độ dòng khívà từ đó làm tăngáp suất.Như vậy, có mộtsự không cân bằng về lực vàquả bóng sẽ đi lệch sangmột bên. Nhữnghiện tượngnhư thế này thường được gọi là “hiệu ứng Magnus”. Những lực làm lệch đườngđi của quả bóngquay tròn nóichung được chiathành hai loại: mộtlực nângvà một lực cản.Lực nâng hướnglên trên hoặc hướng sang ngang,đại diện chohiệu ứngMagnus. Lực cản tác động theohướngngược với đườngđi củaquả bóng. Chúng tacó thể tính được các lực này trong mộttình huốngđá phạt.Giả sử rằng vận tốc của quả bóng là 25-30m/s và tốc độ quay là khoảng 8-10vòngmỗi giây, khi đó lực nângvào khoảng3,5N. Nếu lấy khối lượng chuẩn của một quả bóng dành cho thiđấu là 410-450g,khi đó nó sẽ có gia tốclà khoảng 8m/s2.Và bởi vì trongmột giây, quả bóng có thể đi về phía trước được cỡ 30m nên lực nâng sẽ khiến nóbị lệch khoảng 4mso với quỹ đạo thẳng, quáđủ để gây khókhăn cho bấtcứ thủ môn nào. Lực cảnFD (ở đây có thể hiểu là lực cản của khôngkhí) tỷ lệ vớibình phươngvận tốc v, giả sử rằng mật độ r và tiết diệnngang A của quả bóng không thay đổi : FD= CDrAv2/2. Tuy nhiên, có vẻ như là “hệ số cản” CD cũngphụ thuộc vàovận tốc của bóng. Chẳnghạn, nếu ta vẽ đồ thị hệ số cản theosố Reynold– mộttham số không thứ nguyên có giá trị là rvD/µ , trong đó D là đường kính của quả bóng và µ làđộ nhớt độnghọccủa khôngkhí – ta sẽ thấy rằng hệ số cảngiảm đột ngột khi dòng khí ở bề mặt củaquả bóng bắt đầutrở nên rối loạn. Khi các dòng khí phân lớpmột cáchcó trật tự , hệ số cản sẽ lớn, lớp khôngkhí trên bề mặt bóng sẽ bị phântách khinó vừa đi quaquả bóng, và từ đó nhữngxoáy khí sớm được hìnhthànhở ngaysau đuôiquả bóng. Tuynhiên, khi dòng khí trở nên rối loạn,lớp khí trên bề mặt bám vàoquả bóng lâu hơn, nóbị phân tách chậmhơn, và do đó hệ số cản sẽ nhỏ. Giá trị số Reynoldmà tại đó hệ số cảngiảm sẽ phụ thuộc vào độ nhám trên bề mặt quả bóng.Chẳnghạn, với những quả bóng gôncó độ nhám bề mặt cao,hệ số cảnsẽ giảm tại một giá trị số Reynoldtương đối thấp (cỡ 2.10^4).Tuy nhiên, trong trường hợp quả bóngđá, nó nhẵn hơn bóng gôn nên giátrị số Reynoldnày lớn hơn nhiều (cỡ 4. 10^5). Kết quả là một quả bóngchuyển động chậm sẽ phải chịu một lực trễ tương đối lớn. Nhưng nếu bạn có thể sút bóng đủ nhanh saocho dòng khí đi quanó bị rối, quả bóng sẽ chịu mộtlực trễ nhỏ Do vậy, mộtquả bóng chuyển động nhanhsẽ gây khókhăn gấp bội chothủ môn khôngchỉ vì tốcđộ cao của nó mà còn vìnó không bị chậmlại nhiều như người ta tưởng. Có lẽ những thủ môn hàng đầuhiểu về vật lý theo trực giácnhiều hơnlà theo suy luận, màthựcra chắc cũngkhông hiểu thế nào là hiệu ứng magnusđâu Năm 1976,Peter Bearman và các cộng sự ở trường ImperialCollege, Londonđã thực hiện một loạt các thí nghiệm đối với quả bónggôn. Họ thấy rằng việc tăng tốc độ quaycủa quả bóng sẽ tạo ramột hệ số nâng lớnhơn và từ đó là một lực Magnus lớn hơn.Tuy nhiên,việc tăng vậntốc tịnhtiến ở một tốc độ quay cho trước lại làm giảm hệ số nâng. Điềunày có nghĩa là một quả bóng chuyển độngchậm nhưng quay nhanhsẽ chịu một một lực làm lệch lớn hơn sovới quả bóng chuyển động nhanhcó cùngtốc độ quay. . Tìm hiểu về quán tính Quán tính, trong vật lý học, là tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động của một vật. Tính chất này hiểu nôm na là " ;tính ì" của vật. Khi. hệ giữa quán tínhvới khối lượng được Newtonphát biểu trong định luật 2 Newton. Khối lượng hiểu theo nghĩa độ lớn của quán tính, khối lượngquán tính, khôngnhất thiết trùngvới khối lượng hiểu theo. haygiảm vận tốc mà vật đang có. Mức quán tính củamỗi vật phụ thuộc vào khối lượng của vật. Vậtcó khối lượng càng lớn thì mức quán tínhcàng lớn. Thí nghiệm vui về quán tính Hình a Hình b Hình c Mức