Lực kéo – Những bí mật và công thức cần biết

Lực kéo không còn xa lạ với chúng ta và thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày cũng như các bài toán về dao động điều hòa và con lắc lò xo. Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá thêm về lực kéo, định nghĩa, đặc điểm và công thức liên quan đến lực này. Bắt đầu thôi nào!

Tổng quan về lực kéo

Định nghĩa

Lực kéo (hoặc lực hồi phục) là lực xuất hiện khi vật rời khỏi vị trí cân bằng và có xu hướng kéo vật trở lại vị trí đó. Lực kéo chính là nguyên nhân tạo nên dao động điều hòa của vật.

Bạn đang xem: Lực kéo – Những bí mật và công thức cần biết

Đặc điểm

Lực kéo có những đặc điểm sau:

• Lực kéo luôn có xu hướng đưa vật về vị trí cân bằng.
• Lực kéo có thể được tính bằng công thức của định luật Newton II.
• Độ lớn của lực kéo tỉ lệ với độ lớn của li độ của vật hoặc phụ thuộc vào độ cứng của lò xo.
• Lực kéo luôn ngược pha với li độ.

Lực kéo về trong dao động điều hòa

Lực kéo về là lực biến đổi 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 về 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 đạt giá trị cực đại tại biên âm và giá trị cực tiểu tại biên dương.
• Khi lực tác dụng kéo tăng từ giá trị cực tiểu đến giá trị cực đại, vật di chuyển từ biên dương về biên âm hoặc 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 thường rất nhỏ (góc ∝ thường nhỏ hơn 10 độ) nên ta coi sin ∝ = ∝. Ta có công thức Pt = – mg.

Lực kéo về con lắc lò xo

Con lắc lò xo nằm ngang

• 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, lực kéo về chính là lực đàn hồi = kx. Điều này được chứng minh bằng việc x và ∆x có độ lớn và giá trị bằng nhau và đều có xu hướng đưa vật về vị trí cân bằng nên F đàn hồi = -kx = F kéo về. Lực này chính là lực hồi phục và là nguyên nhân tạo nên dao động điều hòa.
• Lực tác dụng kéo về đạt giá trị cực đại tại biên âm, và giá trị cực tiểu tại biên dương.
• Lực phục hồi đạt độ lớn cực đại tại hai biên và độ lớn cực tiểu tại vị trí cân bằng.

Con lắc lò xo thẳng đứng

• 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 từ dưới lên trên.
• Ở trường hợp này, lực đàn hồi và lực kéo về là hai lực khác nhau.

Ví dụ chứng minh: Khi con lắc lò xo ở vị trí cân bằng, lúc này chưa có lực tác động, lò xo đã bị dãn ra một đoạn ∆x. Lực đàn hồi tác động vào lò xo khi này là Fk = k∆x. Tuy nhiên, khi ở vị trí cân bằng (x=0), lực hồi phục của con lắc lò xo là F = 0. Do đó, lực đàn hồi và lực hồi phục là hai lực khác nhau tác động lên 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 và lực đàn hồi

Những chú ý khi làm bài tập 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 là những thông tin cần biết về lực kéo. Hy vọng rằng bạn đã hiểu rõ về định nghĩa, tác dụng, đặc điểm và các công thức liên quan đến lực kéo. Nếu còn bất kỳ thắc mắc nào khác, hãy tìm hiểu thêm trên trang web Izumi.Edu.VN để có được những kiến thức chi tiết hơn.

Nguồn: https://izumi.edu.vn/
Danh mục: Kiến thức chung