Quán tính là gì? Công thức tính quán tính (chi tiết nhất)

Bài viết Quán tính là gì? Công thức tính quán tính với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Quán tính là gì? Công thức tính quán tính.

Quán tính là gì? Công thức tính quán tính (chi tiết nhất)

1. Quán tính là gì?

Quán tính là một khái niệm trong vật lý thường được sử dụng để miêu tả tính chất của một vật thể khi nó không thay đổi trạng thái chuyển động của mình hoặc của hệ thống mà nó đang tham gia. Cụ thể quán tính của một vật thể hay hệ thống được xác định bởi khả năng của chúng để giữ nguyên trạng thái chuyển động của nó khi không có tác động từ các lực bên ngoài. Nó được đo bằng khối lượng của vật thể, vật thể càng lớn thì vật thể càng có thay đổi trạng thái chuyển động của mình. Quán tính là một trong những đặc tính quan trọng và các hệ thống vật lý và được sử dụng để giải thích các hiện tượng từ động lực học cơ học đến vật lý hạt nhân và vật lý vô cực.

2. Các loại quán tính

Có ba loại quán tính bao gồm:

- Quán tính động học là khả năng của một vật thể để giữ nguyên trạng thái chuyển động của nó trong khi không có lực tác động bên ngoài điều này có nghĩa là một vật thể đang ở trạng thái chuyển động sẽ tiếp tục di chuyển cùng với một tốc độ và hướng cho đến khi một lực tác động bên ngoài ảnh hưởng đến nó

- Quán tính quay là khả năng của một vật thể để giữ nguyên trạng thái xoay của nó khi không có lực tác động bên ngoài nó được áp dụng cho các vật thể xoay như quả cầu bánh xe

- Quán tính tâm là khả năng của một vật thể để giữ nguyên trạng thái chuyển động của nó quanh một tâm nó được áp dụng cho các vật thể như vòng tròn đĩa xoay và trục xoay.

Ngoài ra còn có các khái niệm khác liên quan đến quán tính như quán tính của một hệ thống vật thể quán tính của một chất lỏng quán tính của một chất khí và quán tính của một môi trường các khái niệm này phức tạp hơn và đòi hỏi kiến thức chuyên sâu hơn về vật lý.

3. Đặc điểm của quán tính

Một số đặc điểm của quán tính gồm

- Khối lượng của vật thể quán tính của vật thể tăng theo khối lượng của nó vật thể có khối lượng lớn hơn sẽ có quán tính lớn hơn và khó thay đổi trạng thái chuyển động của nó hơn

- Không thay đổi trạng thái chuyển động khi một vật thể đang ở trạng thái chuyển động quán tính của nó sẽ giúp giữ cho vật thể ở trạng thái đó nếu không có lực tác động bên ngoài

- Tính đồng nhất quán tính của một vật thể là không đổi và không phụ thuộc vào tốc độ hướng hoặc thời gian của vật thể đó

- Liên quan đến động lực quán tính là một trong những yếu tố quan trọng để giải thích các hiện tượng về động lực bao gồm việc giải thích tại sao một vật thể có xu hướng giữ nguyên trạng thái chuyển động của nó

- Ứng dụng rộng quán tính được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ cơ học đến vật lý hạt nhân vật lý vô cực và kỹ thuật cơ khí.

4. Vai trò của quán tính trong đời sống

Trong đời sống quán tính có rất nhiều vai trò quan trọng. Dưới đây là một số ví dụ

- An toàn khi di chuyển: quán tính giúp giữ cho chúng ta an toàn khi di chuyển đặc biệt là khi chúng ta đang ngồi trên xe đạp hoặc xe hơi vì quán tính giúp giữ cho chúng ta ở trạng thái chuyển động của chúng ta và chống lại các lực tác động từ bên ngoài

- Khoa học và kỹ thuật: quán tính là một khái niệm cơ bản trong vật lý và được sử dụng để giải thích các hiện tượng vật lý vì vậy nó có vai trò rất quan trọng trong khoa học và kỹ thuật

- Thiết kế và sản xuất quán tính cũ được sử dụng trong thiết kế và sản xuất các sản phẩm cơ khí khi thiết kế các sản phẩm quán tính được sử dụng để tính toán và đảm bảo tính an toàn của sản phẩm

- Y tế: quán tính cũng có tác dụng trong y tế đặc biệt là trong việc điều trị và phục hồi chức năng của bệnh nhân sau một chấn thương. Các bài tập đẩy và kéo cơ thể có thể giúp cải thiện quán tính của các cơ và khớp giúp cải thiện tình trạng sức khỏe và phục hồi sau chấn thương

- Giải trí và thể thao: quán tính cũng có tác dụng trong giải trí và thể thao những hoạt động vật lý như nhảy chạy leo núi đều dựa trên quán tính để giữ cho chúng ta ở trạng thái chuyển động và tránh bị ngã hoặc bị đẩy lùi bởi các lực tác động bên ngoài.

5. Một số ví dụ về quán tính

- Động học: một quả bóng đang chuyển động trên sân cỏ sẽ tiếp tục di chuyển tới cùng một vận tốc và hướng. Nếu không có lực tác động bên ngoài và ảnh hưởng đến nó. Tương tự một chiếc xe đạp sẽ tiếp tục di chuyển với cùng một vận tốc và hướng nếu không có lực ma sát hoặc lực cản khác.

- Quay: một chiếc xe đạp sẽ tiếp tục quay về một tốc độ nếu người đạp không phanh lại hoặc không có lực tác động khác ảnh hưởng đến nó

- Tâm: một vật thể treo từ một dây sẽ dao động quanh tâm dao động của nó và sẽ tiếp tục dao động đến khi lực cản hoặc ma sát dừng lại đó

- Quán tính của cơ thể con người: khi ta ngồi trên một chiếc xe buýt và chiếc xe đột ngột dừng lại cơ thể của bạn tiếp tục di chuyển với cùng một vận tốc và hướng làm cho bạn cảm thấy mình đang bị đẩy lùi về phía trước, điều này được gọi là quán tính của cơ thể con người

- Các thiết bị bảo vệ: quán tính được sử dụng trong các thiết bị như kính đeo mắt, mũ bảo hiểm để giảm thiểu các chấn thương do lực tác động bên ngoài khiến vật thể đột ngột dừng lại hoặc di chuyển với tốc độ cao

- Máy bay: quán tính cũng rất quan trọng trong thiết kế máy bay để đảm bảo an toàn cho hành khách khi máy bay đang bay với tốc độ cao và phải đối mặt với các lực tác dụng bên ngoài.

6. Bài tập vận dụng

Câu 1: Trong các hình dưới đây, hình nào biểu diễn hai cặp lực cân bằng?

A. Hình 2

B. Hình 3 và 4

C. Hình 1 và 3

D. Hình 1; 2 và 3

Lời giải:

Đáp án: A

- Hai lực cân bằng là hai lực có cường độ bằng nhau, phương nằm trên cùng một đường thẳng, chiều ngược nhau.

- Trong 4 hình trên thì chỉ có hình 2 biểu diễn hai lực cân bằng.

Câu 2: Một vật chỉ chịu tác dụng của hai lực cân bằng, nhận xét nào dưới đây là chính xác?

A. Nếu vật đang đứng yên sẽ chuyển động nhanh dần.

B. Nếu vật đang chuyển động sẽ dừng lại.

C. Nếu vật đang đứng yên vẫn sẽ đứng yên

D. Nếu vật đang chuyển động đều sẽ không còn chuyển động đều nữa.

Lời giải:

Đáp án: C

- Dưới tác dụng của các lực cân bằng một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.

- Vì vậy khi tác dụng 2 lực cân bằng vào một vật đang đứng yên thì vật ấy vẫn sẽ đứng yên.

Câu 3: Hành khách ngồi trên xe ô tô đang chuyển động bỗng thấy mình bị dúi người về phía trước. Điều này chứng tỏ xe

A. Đột ngột rẽ sang trái.

B. Đang đi lùi.

C. Đột ngột rẽ sang phải.

D. Đột ngột dừng lại.

Lời giải:

Đáp án: D

   Khi xe đang đi và đột ngột dừng lại thì theo quán tính hành khách trên xe sẽ bị dúi người về phía trước.

Câu 4: Vật không thể thay đổi vận tốc đột ngột khi có lực tác dụng vào nó là do:

A. Lực quán tính

B. Lực ma sát

C. Trọng lực

D. Trọng lượng của vật

Lời giải:

Đáp án: A

   Khi có lực tác dụng, mọi vật không thể thay đổi vận tốc một cách đột ngột được vì mọi vật đều có quán tính. Có thể nói quán tính là tính chất giữ nguyên vận tốc của vật.

Câu 5: Một vật nặng có khối lượng 4kg được treo vào đầu một sợi dây, phải giữ đầu dây với một lực bằng bao nhiêu để vật này nằm cân bằng.

A. 2N     

B. 20N

C. 40N     

D. 4N

Lời giải:

Đáp án: C

- Trọng lượng của vật là:

P = 10.m = 10.4 = 40 (N)

- Vật nằm cân bằng nên các lực tác dụng vào vật cân bằng nhau. Lúc này vật chịu tác dụng của trọng lực và lực căng dây, vì vậy hai lực này cân bằng nhau

⇒ Lực căng dây là: F = P = 40N

Câu 6: Khi tra cán búa, người ta gõ cán búa xuống nền nhà cứng? Sử dụng kiến thức vật lí đã học em hãy giải thích tại sao người ta lại làm được như thế?

Lời giải:

   Cán búa bị lỏng, có thể làm chặt lại bằng cách gõ mạnh đuôi cán xuống đất vì khi ta gõ đuôi cán xuống đất thì cả cán và đầu búa đều chuyển động theo hướng xuống, nhưng khi cán búa chạm đất, đột ngột dừng lại thì theo quán tính đầu búa vẫn chuyển động xuống và sẽ khít vào cán búa.

Câu 7: Vận dụng kiến thức đã học em hãy giải thích các hiện tượng sau: Khi đang đi hoặc chạy và bị vấp té, thân người bị ngã chúi về phía nào ? Vì sao ?

Lời giải:

- Là do quán tính. Khi đang đi hoặc chạy bị vấp té, thân người ngã chúi về phía trước.

- Do chân ta vấp nên dừng lại còn thân trên có quán tính, không thể thay đổi vận tốc một cách đột ngột (đứng lại) nên vẫn di chuyển về phía trước, nên thân người ta ngã chúi về phía trước.

Câu 8: Khi rửa rau sống, trước khi dọn lên đĩa, người ta thường để rau vào rổ và vẩy mạnh cho nước văng ra, rau ráo bớt nước. Em hãy giải thích vì sao lại như thế?

Lời giải:

   Vì khi vẩy mạnh và dừng lại đột ngột thì rổ rau dừng lại nhưng theo quán tính nước ở trong rổ rau sẽ vẫn tiếp tục chuyển động và văng ra ngoài. Làm như vậy nhiều lần sẽ làm rau ráo nước.

Câu 9: Khi có các lực không cân bằng tác dụng lên một vật đang chuyển động thẳng đều thì chuyển động của vật sẽ như thế nào?

Lời giải:

   Khi tác dụng vào vật các lực không cân bằng thì vật đang chuyển động thẳng đều sẽ không chuyển động thẳng đều nữa. Như vậy vận tốc của vật sẽ thay đổi

Câu 10: Một vật đang đứng yên thì chịu tác dụng của ba lực cùng phương có cường độ lần lượt là F₁ = 60N, F₂ = 30N và F₃ = 30N. Chỉ có 3 lực này tác dụng vào vật, và vật vẫn đứng yên. Em có kết luận gì về chiều của ba lực này?

Lời giải:

- Vật chỉ chịu tác dụng của 3 lực này và vật vẫn tiếp tục đứng yên nên 3 lực này là 3 lực cân bằng. Như thế tổng hợp lực của 3 lực này có cường độ bằng 0.

- Như vậy F₂ và F₃ phải là 2 lực cùng phương, chiều. Còn lực F₁ thì cùng phương và ngược chiều với hai lực F₂ ; F₃

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Nhiệt năng là gì? Công thức tính nhiệt năng

• Quang phổ là gì? Công thức tính quang phổ

• Quỹ đạo chuyển động là gì? Công thức tính quỹ đạo chuyển động

• Số bội giác là gì? Công thức tính số bội giác

• Tia tử ngoại là gì? Công thức tính tia tử ngoại

• Nam châm là gì? Công thức tính nam châm

---