Quán tính là gì? Momen quán tính là gì? Công thức Vật lí 11

Quán tính là gì? Momen quán tính là gì? Nó xuất phát từ đâu? Đây là câu hỏi được rất nhiều người đặt ra khi được lý giải về các hiện tượng xuất hiện trong tự nhiên như khả năng chuyển động của các hành tinh, lực hấp dẫn của trái đất,…

Chính vì vậy để giúp các bạn lớp 11 có những cái nhìn cụ thể nhất về quán tính và momen quán tính này Download.vn giới thiệu đến các bạn toàn bộ kiến thức về quán tính, công thức tính giá trị độ lớn momen quán tính. Mời các bạn cùng theo dõi tại đây.

1. Quán tính là gì

Quán tính là lực cản của vật chất/ vật thể nào đó đối với bất kỳ sự thay đổi về vận tốc của nó. Điều này bao gồm những thay đổi đối với hướng chuyển động hoặc tốc độ của đối tượng. Ngoài ra, khía cạnh khác của tính chất này là khi không có lực nào tác động lên chúng thì xu hướng của các vật thể sẽ tiếp tục chuyển động trên một đường thẳng với tốc độ không đổi.

2. Lực quán tính là gì?

Lực quán tính (hay còn gọi là lực ảo) – xuất hiện và tác động lên mọi đối tượng trong 1 hệ quy chiếu phi quán tính. Lực quán tính không xuất phát từ bất kỳ tương tác vật lý nào, mà nó được sinh ra từ gia tốc tự xuất hiện trong hệ quy chiếu phi quán tính.

Lực quán tính tỷ lệ thuận với khối lượng m tác động, gia tốc của hệ quy chiếu không quán tính và khối lượng của vật thể so với hệ quy chiếu quán tính. Và chúng có hướng ngược lại với gia tốc của hệ quy chiếu không quán tính.

Xét 1 vật có khối lượng m nằm trong hệ quy chiếu không quán tính. Tại thời điểm này, hệ quy chiếu không quán tính sẽ chuyển động với gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính thì vật m sẽ phải chịu thêm tác dụng của lực quán tính như sau:

\(\overrightarrow{F_{q t}}=-m \vec{a}\)

Trong đó:

• Fqt là lực quán tính (N)
• a là gia tốc của hệ quy chiếu chuyển động (m/s2)
• m là khối lượng của vật.

Lực quán tính sẽ xuất hiện khi 1 hệ quy chiếu có gia tốc cao hơn so với các hệ quy chiếu khác. Và 1 hệ quy chiếu có thể được gia tốc theo bất kỳ phương pháp nào vì thế lực quán tính cũng rất tùy ý. 4 lực quán tính thường được định nghĩa theo các cách gia tốc thường xảy ra đó là:

• 1 lực gây ra bởi 1 gia tốc tương đối bất kỳ theo 1 đường thẳng
• Hai lực được tạo ra bất kỳ từ chuyển động quay nào đó
• Lực cuối (lực Euler) được sinh ra bởi sự thay đổi của tốc độ quay.

3. Momen quán tính là gì?

Momen quán tính là lực cản của vật thay đổi vận tốc góc cũng giống như cách khối lượng của vật biểu thị khả năng chống lại sự thay đổi của vận tốc trong chuyển động thông thường. Đại lượng này thường được thể hiện thông qua biến I trên các phương trình được hiển thị.

Momen quán tính là một trong những loại momen mang đến cho con người khá nhiều ứng dụng cực kỳ tuyệt vời. Khi một vật cứng thực hiện chuyển động quay quanh một trục cố định chắc chắn sẽ có sự xuất hiện của momen quán tính.

4. Công thức tính giá trị độ lớn momen quán tính

Công thức chung nhất

Dựa vào khái niệm về momen quán tính, người ta có thể đưa ra một công thức chung nhất để tính giá trị độ lớn của đại lượng này như sau:

I = mr²

Trong đó:

• M là khối lượng của vật
• R là khoảng cách của vật đến trục quay

Cách tính momen quán tính bằng tích phân

Việc sử dụng công thức chung cho những vật thể được coi là tập hợp điểm riêng biệt tương đối dễ dàng. Tuy nhiên, công thức này gần như không thể áp dụng nếu bạn muốn tính cho đối tượng phức tạp hơn. Khi đó bạn cần dùng công thức tính tích phân cho toàn bộ khối lượng. Giá trị độ lớn momen lực chính là hàm mật độ khối tại mỗi điểm r. Trong đó r là vecto bán kính được tính từ các điểm đến trục quay.

Hình cầu rỗng

Đối với những vật thể quay có dạng hình cầu rỗng với thành mỏng không đáng kể. Vật thực hiện hoạt động quay quanh trục đi qua tâm quả cầu. Muốn xác định độ lớn momen quán tính, bạn có thể xác định theo công thức như sau:

I = (2/5) mr²

Quả cầu rắn

Công thức trên chỉ được áp dụng cho những vật quay hình cầu rỗng với độ lớn thành không đáng kể. Để xác định độ lớn momen quán tính cho những vật thể hình cầu rắn, bạn có thể xác định theo công thức sau:

I = (2/3) mr²

Tương tự trong đó:

M là khối lượng vật rắn

R là bán kính của quả cầu

Vật thể dạng hình chữ nhật với trục quay xuyên tâm

Đối với vật quay dạng hình chữ nhật mỏng, thực hiện thao tác quay trên trục vuông góc với tâm của tấm . Độ lớn momen quán tính được xác định thông qua công thức:

I = (1/12)m(a²+b² )

Trong đó:

• M là khối lượng của vật
• A là chiều dài hình chữ nhật
• B là chiều rộng hình chữ nhật