Lực kéo là lực khá quen thuộc với mỗi chúng ta và xuất hiện phổ biến trong cuộc sống hàng ngày. Nó diễn ra khi bạn kéo một vật nào đó, hay đặc biệt được ứng dụng rộng rãi trong các bài toán dao động điều hòa và con lắc lò xo. Trong bài viết, hãy cùng auvietco.vn tìm hiểu lực kéo là gì và những đặc điểm, công thức về lực này. Bắt đầu ngay thôi nào!
Tổng quan về lực kéo
Định nghĩa
Lực kéo (hay còn gọi là lực hồi phục) là lực xuất hiện khi vật rời khỏi vị trí cân bằng, lực kéo về có xu hướng kéo vật về vị trí cân bằng.
Lực hồi phục là nguyên nhân gây ra dao động điều hòa của vật.
Đặc điểm
Lực kéo mang những đặc điểm tính chất sau:
- Lực kéo có xu hướng đưa vật về trị trí cân bằng nên luôn có chiều hướng về vị trí cân bằng.
- Lực kéo về có thể được tính theo biểu thức của định luật II Newton.
- Lực kéo về có độ lớn luôn tỉ lệ với độ lớn của li độ của vật hoặc phụ thuộc vào độ cứng của lò xo.
- Lực kéo về luôn ngược pha với li độ x.
Lực kéo về trong dao động điều hòa
Là lực biến đổi điều hòa theo thời gian và ngược pha với li độ x.
Công thức: F = -kx = -m2x
Trong đó F: Lực kéo về (N)
k: Độ cứng (N/m)
ω: Tần số góc (rad/s)
x: Li độ (m)
Lưu ý
- Lực kéo có độ lớn cực đại (Fmax = kA) tại biên âm và biên dương, có độ lớn cực tiểu (F min = 0) tại vị trí cân bằng.
- Lực kéo về có giá trị cực đại tại biên âm, giá trị cực tiểu tại biên dương.
- Khi lực tác dụng kéo tăng từ giá trị cực tiểu đến giá trị cực đại thì vật đi từ biên dương về biên âm hay vận tốc giảm từ 0 (biên dương) về giá trị cực tiểu ( vật đi qua vị trí cân bằng theo chiều âm) rồi tăng lên 0 (biên âm).
Lực kéo tác dụng lên con lắc đơn
Công thức: Pt = – mgsin
Trong đó: m: khối lượng của vật (kg);
g: gia tốc trọng trường (m/s)
: li độ góc (rad)
Tuy nhiên, độ lệch góc rất nhỏ (góc ∝ thường nhỏ hơn 10 độ) nên ta coi sin ∝ = ∝. Ta được công thức Pt = – mg.
Lực kéo về con lắc lò xo
Con lắc lò xo nằm ngang
Phương: Phương nằm ngang
Chiều: Hướng về vị trí cân bằng
Độ lớn: F = |kx|
Công thức: F = -kx
Lưu ý
- Chiều dương từ trái sang phải.
- Trong trường hợp con lắc lò xo nằm ngang (nếu bỏ qua ma sát), thì lực kéo về chính là lực đàn hồi = kx. Chứng minh: Ở trường hợp này thì chỉ có một lực duy nhất tác dụng lên vật là lực đàn hồi (vì x và ∆x có độ lớn và có giá trị bằng nhau và đều có xu hướng đưa vật về vị trí cân bằng nên F đàn hồi = -kx = F kéo về) vì thế nó cũng chính là lực hồi phục và cũng là nguyên nhân gây nên dao động điều hòa
- Lực tác dụng kéo về đạt giá trị cực đại tại biên âm Fmax=-kA
- Lực tác dụng kéo về đạt giá trị cực tiểu tại biên dương Fmin=-kA
- Lực phục hồi đạt độ lớn cực đại tại hai biên, đạt độ lớn cực tiểu tại vị trí cân bằng.
Con lắc lò xo thẳng đứng
Phương: phương thẳng đứng
Chiều: hướng về vị trí cân bằng
Độ lớn: F = |kx|
Công thức: F = -kx
Lưu ý
- Chiều dương có thể hướng từ trên xuống dưới hoặc có thể hướng từ dưới lên trên.
- Ở trường hợp này, lực đàn hồi và lực kéo về là hai lực khác nhau.
Ví dụ chứng minh: bây giờ khi ở con lắc lò xo ở vị trí cân bằng, lúc này chưa tác dụng lực gì thì lò xo đã bị dãn ra một đoạn có độ dài là ∆x. Lực đàn hồi tác dụng vào lò xo khi này là Fk = k∆x. Nhưng khi ở vị trí cân bằng (x=0) thì lực phục hồi của con lắc lò xo F = 0. Vậy nên ở trường hợp này, lực đàn hồi và lực hồi phục là hai lực khác nhau cùng tác dụng vào con lắc lò xo.
- Nếu chiều dương được quy định hướng từ trên xuống, thì lực đàn hồi đạt giá trị cực tiểu tại biên dương.
- Nếu chiều dương được quy định hướng từ dưới lên trên, thì lực đàn hồi đạt giá trị cực đại tại biên âm.
Phân biệt lực kéo về (hay lực phục hồi) và lực đàn hồi
Các đặc điểm so sánh Lực đàn hồi Lực kéo về Bản chất Xuất hiện khi vật bị biến dạng, có xu hướng đưa vật về vị trí mà vật có hình dạng và kích thước ban đầu. Xuất hiện khi vật rời khỏi vị trí cân bằng, có xu hướng kéo vật về lại vị trí cân bằng Tác dụng Lực đàn hồi giúp vật trở về hình dạng ban đầu. Lực kéo nhằm giúp đưa vật về vị trí cân bằng. Từ đó giúp duy trì chuyển động của vật Mốc xác định Vị trí vật chưa bị biến dạng Vị trí cân bằng Công thức F = k. | độ biến dạng | F = – kx Độ lớn Tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo Tỉ lệ với li độ của vật, con lắc
Những lưu ý về lực kéo
- Đặt chiều âm, chiều dương phù hợp với bài toán.
- Chú ý đến vectơ chỉ lực phục hồi
- Lưu ý độ lớn và giá trị của lực phục hồi là hai giá trị hoàn toàn khác nhau.
Trên đây chúng tôi đã giải đáp đầy đủ mọi thắc mắc. Qua đó, các bạn có thể hiểu được những kiến thức cơ bản về lực này, định nghĩa, tác dụng, và các đặc điểm và các công thức chuẩn của lực kéo về.
BÀI VIẾT KHÁC CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM
- Quán tính – Lực quán tính và những kiến thức cần biết
- Hệ số ma sát là gì? Lực ma sát là gì?
- Áp lực là gì? Định nghĩa chính xác nhất về áp lực
- Lực điện từ là gì? Công thức và đặc điểm của lực điện từ
Cập nhật lúc 10:30 – 16/10/2023
