3. Hệ quy chiếu phi quán tính. Lực quán tính
a./ Hệ quy chiếu quán tính và hệ quy chiếu không quán tính
Xét một con lắc đơn đựoc treo trên trần của một toa xe khi toa xe chuyển động. Để khảo sát tính chất động lực học của con lắc này ta sử dụng hai người quan sát.
Một là: Người A - đứng trong toa xe.
Hai là: Người B - Đứng bên bờ đường
Khi xe đứng yên hoặc CĐTĐ cả A và B đều nhận thấy dây treo quả nặng có phương thẳng đứng và quản nặng đứng yên. Điều này là hợp lý với các định luật Newton(ĐỊnh luật I) vì đã có hai lực tác dụng lên quả nặng là cân bằng nhau: Trọng lực P và lực căng T của dây treo.
Khi xe chuyển động có gia tốc hướng như hình vẽ bằng kinh nghiệm ta nhận thấy dây treo bị lệch với phương thẳng đứng khi này đối với 2 người A và B đã có mâu thuẩn:
Người B - Bên đường thấy rằng vật nặng chịu tác dụng của hai lực là trọng lực P và lực căng T. Hợp lực của hai lực này có hướng trùng với hướng gia tốc của toa xe. Hợp lực này đã tạo cho vật nặng một gia tốc chính bằng gia tốc của toa xe. điều này phù hợp với định luật II newton
Người A - đứng trong toa xe thì thấy dây treo vẫn bị lệch như hình. A nghỉ rằng rõ ràng vật chịu tác dụng của hai lực là P và T, hai lực này không cân bằng nhau nên đáng nhẽ vật phải chuyển động có gia tốc về vị trí cân bằng ban đầu(vị trí như khi xe chuyển động đều hoặc đứng yên - dây treo là thẳng đứng). Song thực tế vật vẫn đứng yên đối với B. B cho rằng biểu hiện động lực này trái với định luật II Newton hay nói cách khác định luật II NEWTON không còn đúng nữa.
Với chúng ta những người đang nghien cứu hiện tượng này dễ thấy:
Người A - đang đứng trong xe vậy người này đang quan sát quả nặng trong hệ quy chiếu gắn với xe. Hệ quy chiếu này cũng chuyển động với gia tốc là gia tốc của xe. Ta gọi đây là - Hệ quy chiếu có gia tốc hay hệ quy chiếu không quán tính.
Người B - Đứng yên trên bờ đường tức đứng yên đối với trái đất để quan sát quả nặng - hệ quy chiếu mà ngwoif này dùng để khảo sát động lực của quả nặng là hệ quy chiếu đứng yên đối với trái đất - ta gọi là : Hệ quy chiếu quán tính(hệ quy chiếu CĐT Đ đối với trái đất cũng là hệ quy chiếu quán tính).
Vậy: Trong hệ quy chiếu quán tính - định luật Newton có nghiệm đúng
Trong hệ quy chiếu phi quán tính - định luật newton không có nghiệm đúng.
Cũng có thể định nghĩa:
Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều
Hệ quy chiếu phi quán tính là hệ quy chiếu có gia tốc.
b. Lực quán tính
- Trong ví dụ trên đối với người A - tức đối với hệ quy chiếu phi quán tính để định luật Newton có nghiệm đúng thì phải chấp nhận rằng:
Ngời hai lực thông thường là trọng lực P và lực căng T của sợi dây vật còn chịu thêm một lực nữa gọi là Lực quán tính là Fqt. Lực này có đặc điểm là
- Đặt lên quả nặng
- Cân bằng với hợp lực của P và T . Với hệ quy chiếu quán tính - hệ quy chiếu của người B sử dụng ta có:
\[\vec{P}+ \vec{T} = \vec{F_{hl} \]= \[m.\vec{a}\]
vậy :
\[\vec{F_{qt}}= - \vec{F_{hl} \] = \[- m.\vec{a}\]
biểu thức cho thấy lực quán tính trong hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc a có:
+ Hướng ngược với hướng của véc tơ gia tốc của HQC
+ Có độ lớn: Fqt = m.a
Chú ý:
1./ Lực quán tính là lực tưởng tượng không có thất - gọi là lực ảo
2./ Một điều rất thú vị: Hệ quy chiếu quán tính thì không có lực quán tính. Hệ quy chiếu không quán tính thì có lực quán tính.
3./ Có thể tải tài liệu dưới rất bổ ích về để nghiên cứu.
a./ Hệ quy chiếu quán tính và hệ quy chiếu không quán tính
Xét một con lắc đơn đựoc treo trên trần của một toa xe khi toa xe chuyển động. Để khảo sát tính chất động lực học của con lắc này ta sử dụng hai người quan sát.
Một là: Người A - đứng trong toa xe.
Hai là: Người B - Đứng bên bờ đường
Khi xe đứng yên hoặc CĐTĐ cả A và B đều nhận thấy dây treo quả nặng có phương thẳng đứng và quản nặng đứng yên. Điều này là hợp lý với các định luật Newton(ĐỊnh luật I) vì đã có hai lực tác dụng lên quả nặng là cân bằng nhau: Trọng lực P và lực căng T của dây treo.
Khi xe chuyển động có gia tốc hướng như hình vẽ bằng kinh nghiệm ta nhận thấy dây treo bị lệch với phương thẳng đứng khi này đối với 2 người A và B đã có mâu thuẩn:
Người B - Bên đường thấy rằng vật nặng chịu tác dụng của hai lực là trọng lực P và lực căng T. Hợp lực của hai lực này có hướng trùng với hướng gia tốc của toa xe. Hợp lực này đã tạo cho vật nặng một gia tốc chính bằng gia tốc của toa xe. điều này phù hợp với định luật II newton
Người A - đứng trong toa xe thì thấy dây treo vẫn bị lệch như hình. A nghỉ rằng rõ ràng vật chịu tác dụng của hai lực là P và T, hai lực này không cân bằng nhau nên đáng nhẽ vật phải chuyển động có gia tốc về vị trí cân bằng ban đầu(vị trí như khi xe chuyển động đều hoặc đứng yên - dây treo là thẳng đứng). Song thực tế vật vẫn đứng yên đối với B. B cho rằng biểu hiện động lực này trái với định luật II Newton hay nói cách khác định luật II NEWTON không còn đúng nữa.
Với chúng ta những người đang nghien cứu hiện tượng này dễ thấy:
Người A - đang đứng trong xe vậy người này đang quan sát quả nặng trong hệ quy chiếu gắn với xe. Hệ quy chiếu này cũng chuyển động với gia tốc là gia tốc của xe. Ta gọi đây là - Hệ quy chiếu có gia tốc hay hệ quy chiếu không quán tính.
Người B - Đứng yên trên bờ đường tức đứng yên đối với trái đất để quan sát quả nặng - hệ quy chiếu mà ngwoif này dùng để khảo sát động lực của quả nặng là hệ quy chiếu đứng yên đối với trái đất - ta gọi là : Hệ quy chiếu quán tính(hệ quy chiếu CĐT Đ đối với trái đất cũng là hệ quy chiếu quán tính).
Vậy: Trong hệ quy chiếu quán tính - định luật Newton có nghiệm đúng
Trong hệ quy chiếu phi quán tính - định luật newton không có nghiệm đúng.
Cũng có thể định nghĩa:
Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều
Hệ quy chiếu phi quán tính là hệ quy chiếu có gia tốc.
b. Lực quán tính
- Trong ví dụ trên đối với người A - tức đối với hệ quy chiếu phi quán tính để định luật Newton có nghiệm đúng thì phải chấp nhận rằng:
Ngời hai lực thông thường là trọng lực P và lực căng T của sợi dây vật còn chịu thêm một lực nữa gọi là Lực quán tính là Fqt. Lực này có đặc điểm là
- Đặt lên quả nặng
- Cân bằng với hợp lực của P và T . Với hệ quy chiếu quán tính - hệ quy chiếu của người B sử dụng ta có:
\[\vec{P}+ \vec{T} = \vec{F_{hl} \]= \[m.\vec{a}\]
vậy :
\[\vec{F_{qt}}= - \vec{F_{hl} \] = \[- m.\vec{a}\]
biểu thức cho thấy lực quán tính trong hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc a có:
+ Hướng ngược với hướng của véc tơ gia tốc của HQC
+ Có độ lớn: Fqt = m.a
Chú ý:
1./ Lực quán tính là lực tưởng tượng không có thất - gọi là lực ảo
2./ Một điều rất thú vị: Hệ quy chiếu quán tính thì không có lực quán tính. Hệ quy chiếu không quán tính thì có lực quán tính.
3./ Có thể tải tài liệu dưới rất bổ ích về để nghiên cứu.
