Các loại lực cơ học

Một phần của tài liệu Xây dựng tài liệu và tổ chức hướng dẫn học sinh tự học trong dạy học chương Động lực học chất điểm vật lý lớp 10 nâng cao. (Trang 29 - 31)

Lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật và có độ lớn tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai vật.

Theo Niu-tơn, vật có khối lượng m bị kéo về gần vật có khối lượng M với gia tốc : g GM2

r

= với G là hằng số hấp dẫn; r là khoảng cách giữa hai vật.

Theo định luật II Niu-tơn, vật m chuyển động với gia tốc g thì lực hấp dẫn F = mg hay F GMm2

r

= . Biểu thức này chính là biểu thức của định luật vạn vật hấp dẫn. Trong công thức này, kích thước các vật được coi là rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.

Lực hấp dẫn là một trong bốn loại lực cơ bản của tự nhiên (Lực hấp dẫn, lực điện từ, lực hạt nhân yếu, lực hạt nhân mạnh) theo mô hình chuẩn được chấp nhận trong Vật lí hiện đại. Trong cơ học cổ điển, lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác dụng lên vật thể. Lực hấp dẫn giúp gắn kết các vật chất để tạo nên Trái đất. Lực hấp dẫn làm các vật thể rơi về phía Trái Đất. Lực hấp dẫn giữ Trái Đất và các hành tinh khác chuyển động quanh Mặt trời trên quĩ đạo của chúng…Trọng lực là trường hợp riêng của lực hấp dẫn, đó là lực hút của Trái Đất lên các vật đặt gần bề mặt Trái Đất. Sự kiện đo gia tốc rơi tự do là cơ sở để xác định đặc điểm của trọng lực. Trọng lực được đặt vào vật, hướng thẳng đứng xuống dưới và phụ thuộc vào độ cao của vật và vĩ độ địa lí.

Trọng lượng là một khái niệm mà đến nay các nhà khoa học chưa có sự thống nhất về quan điểm. Có quan niệm cho rằng trọng lượng là lực tác dụng của vật lên các vật xung quanh. Muốn đo trọng lượng của một vật ta dùng lực kế. Con số đọc được trên lực kế là lực mà vật tác dụng lên lò xo và cũng chính là trọng lượng của vật.

Quan niệm khác cho rằng lực tác dụng lên giá đỡ hay dây treo do có lực tác dụng của Trái Đất lên vật là trọng lượng của vật. Do đó khi vật nằm trong thang máy chuyển động có gia tốc thì trọng lượng của vật có thể tăng, giảm, không trọng lượng. Vậy bản chất của trọng lượng không phải lực hấp dẫn mà là lực đàn hồi.

Quan niệm thứ ba cho rằng trọng lượng là hợp lực của trọng lực và lực quán tính. Trong hệ qui chiếu quán tính thì trọng lượng bằng trọng lực. Còn trong hệ qui chiếu phi quán tính thì trọng lượng bằng tổng của trọng lực và lực quán tính.

Lực đàn hồi là lực sinh ra khi một vật đàn hồi bị biến dạng và có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Trong giới hạn đàn hồi, lực đàn hồi được xác định gần đúng theo định luật Húc: F = -kx. Trong đó x là độ biến dạng; k là hệ số đàn hồi (hay độ cứng). Lực đàn hồi có bản chất là lực tương tác giữa các phân tử hay nguyên tử, tức là lực điện từ giữa các electron và proton bên trong vật đàn hồi.

Ma sát là một loại lực cản xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa các vật. Lực ma sát làm chuyển hoá động năng của chuyển động tương đối giữa các bề mặt thành dạng năng lượng khác (điện năng, quang năng và chủ yếu là năng lượng nhiệt). Nguyên nhân là do sự va chạm của các phân tử ở bề mặt hai vật tiếp xúc. Các lực ma sát được chia làm hai loại: nội ma sát và ngoại ma sát. Lực ngoại ma sát xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa hai vật. lực nội ma sát là lực tương tác theo phương tiếp tuyến giữa các lớp của cùng một chất khi có xu hướng chuyển động tương đối với nhau. Trong chương trình Vật lí phổ thông thường đề cập đến lực ma sát khô (Ma sát nghỉ, ma sát trượt, ma sát lăn). Lực ma sát nghỉ xuất hiện trên mặt tiếp xúc giữa hai vật khi chúng có xu hướng chuyển động tương đối với nhau. Lực ma sát nghỉ có độ lớn từ 0 đến 0N, khi vật bắt đầu chuyển động Fmsn= nN Với n là hệ số ma sát nghỉ phụ thuộc vào bản chất của các chất và độ nhám của các bề mặt tiếp xúc; Nlà lực nén vuông góc với bề mặt tiếp xúc.

Lực ma sát trượt xuất hiện trên bề mặt tiếp xúc giữa hai vật khi chúng có chuyển động “trượt” trên nhau và có xu hướng chống lại chuyển động trượt. Khi vật chuyển động với vận tốc không lớn thì độ lớn của lực ma sát trượt được tính bằng công thức Fmst= tNtrong đó tlà hệ số ma sát trượt. Hệ số ma sát trượt thường nhỏ hơn hệ số ma sát nghỉ.

Lực ma sát lăn xuất hiện khi chuyển động lăn của vật này trên bề mặt vật khác. Độ lớn của lực ma sát lăn tỉ lệ với hệ số ma sát lăn, tỉ lệ với lực nén

Một phần của tài liệu Xây dựng tài liệu và tổ chức hướng dẫn học sinh tự học trong dạy học chương Động lực học chất điểm vật lý lớp 10 nâng cao. (Trang 29 - 31)