Lực kéo là một khái niệm quen thuộc và được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nó xuất hiện khi ta kéo một vật nào đó hoặc được sử dụng để giải các bài toán về dao động điều hòa và con lắc lò xo. Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về khái niệm lực kéo, các đặc điểm và công thức liên quan. Hãy cùng khám phá ngay thôi!
Mục lục
Tổng quan về lực kéo
Định nghĩa
Lực kéo (hay còn được gọi là lực hồi phục) là một lực xuất hiện khi vật rời khỏi vị trí cân bằng và có xu hướng kéo vật trở lại vị trí đó. Đây cũng là nguyên nhân gây ra các hiện tượng dao động điều hòa.
Đặc điểm
Lực kéo có các đặc điểm sau:
- Lực kéo có xu hướng đưa vật về vị trí cân bằng và luôn có chiều hướng về vị trí đó.
- Lực kéo có thể được tính theo công thức của định luật II Newton.
- Độ lớn của lực kéo luôn tỉ lệ với độ lớn của biến dạng của vật hoặc phụ thuộc vào độ cứng của lò xo.
- Lực kéo luôn ngược pha với li độ.
Lực kéo có chiều hướng về vị trí cân bằng
Lực kéo trong dao động điều hòa
Lực kéo về thay đổi theo thời gian và ngược pha với li độ.
Công thức: F = -kx = -m2x
Trong đó:
- F: Lực kéo về (N)
- k: Độ cứng (N/m)
- x: Li độ (m)
Lưu ý:
- Lực kéo về đạt giá trị cực đại (Fmax = kA) tại biên âm và biên dương, đạt giá trị cực tiểu (Fmin = 0) tại vị trí cân bằng.
- Lực kéo về có giá trị cực đại tại biên âm và giá trị cực tiểu tại biên dương.
- Khi lực kéo tăng từ giá trị cực tiểu đến giá trị cực đại, vật đi 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∝
Bài viết liên quan:
Trong đó:
- m: khối lượng của vật (kg)
- g: gia tốc trọng trường (m/s)
- α: li độ góc (rad)
Tuy nhiên, vì độ lệch góc thường rất nhỏ (góc α thường nhỏ hơn 10 độ), chúng ta có thể xem sin α = α. Do đó, công thức có thể được đơn giản thành 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 (nếu bỏ qua ma sát), lực kéo về chính là lực đàn hồi = kx. Điều này có thể được chứng minh bằng việc xét một lực duy nhất tác động lên vật là lực đàn hồi (vì x và ∆x có độ lớn và giá trị bằng nhau và đều có xu hướng đưa vật về vị trí cân bằng). Lực đàn hồi cũng chính là lực hồi phục và là nguyên nhân gây nên dao động điều hòa.
- Lực kéo về đạt giá trị cực đại tại biên âm và giá trị cực tiểu tại biên dương.
- Lực phục hồi đạt giá trị cực đại tại hai biên và giá trị 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, dù không có lực nào tác động, lò xo vẫn bị dãn ra một đoạn có độ dài ∆x. Lực đàn hồi tác động lên 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. Vì vậy, 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, lực đàn hồi đạt giá trị cực tiểu tại biên dương.
- Nếu chiều dương được quy định hướng từ dưới lên trên, lực đàn hồi đạt giá trị cực đại tại biên âm.
Phân biệt lực kéo về 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 ban đầu | Xuất hiện khi vật rời khỏi vị trí cân bằng, có xu hướng kéo vật trở 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 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 |
| Độ lớn | Tỉ lệ với độ biến dạng của lò xo | Tỉ lệ với li độ của vật, con lắc |
Lực đàn hồi giúp lò xo trở về vị trí ban đầu khi thả tay ra
Lực kéo khi tác động lên dây thừng giúp duy trì chuyển động của hai đội chơi
Những chú ý khi làm bài tập về lực kéo
- Đặt chiều âm và chiều dương phù hợp với bài toán.
- Chú ý đến vector chỉ lực kéo.
- Lưu ý độ lớn và giá trị của lực kéo là hai giá trị hoàn toàn khác nhau.
Trên đây là những thông tin cơ bản về lực kéo, từ định nghĩa, tác dụng cho đến các đặc điểm và công thức đúng nhất của lực kéo. Hy vọng rằng bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn về lực kéo và áp dụng vào các bài tập liên quan.
