Breaking News
he quy chieu quan tinh la gi

He quy chieu phi quan tinh

Theo dõi FusionsuitesNews trên

ii.1b. các hệ qui chiếu không quán tính :

từ trước đến giờ ta chỉ xét chuyển động trong hệ qui chiếu quán tính, bây giờ ta xét các chuyển động trong các hệ qui chiếu không quán tính. ta phân làm hai trường hợp : hệ qui chiếu chuyển động thẳng có gia tốc và hệ qui chiếu quay.

Bạn đang xem: He quy chieu phi quan tinh

ii.1b.1. hệ qui chiếu chuyển động thẳng có gia tốc :

giả sử ta có hệ qui chiếu k’ là một hệ qui chiếu chuyển động thẳng với gia tốc he quy chieu phi quan tinh đối với một hệ qui chiếu quán tính đứng yên k. khi đó theo (ii.38), gia tốc của chất điểm trong hệ qui chiếu k là :

he quy chieu phi quan tinh=he quy chieu phi quan tinh’+he quy chieu phi quan tinhhay  he quy chieu phi quan tinh’=he quy chieu phi quan tinhhe quy chieu phi quan tinh

trong đó he quy chieu phi quan tinh’ là gia tốc của chất điểm trong hệ qui chiếu k’.

hệ qui chiếu k’ là một hệ qui chiếu không quán tính do đó về nguyên tắc ta không thể áp dụng được các định luật động lực học của niu-tơn, tuy nhiên một cách hình thức ta có thể coi he quy chieu phi quan tinh’= mhe quy chieu phi quan tinh’ là lực công dụng lên chất điểm trong hệ qui chiếu k’.

nhân hai vế của phương trình trên với m, ta có :

he quy chieu phi quan tinh’= mhe quy chieu phi quan tinh’= mhe quy chieu phi quan tinh-mhe quy chieu phi quan tinh=> he quy chieu phi quan tinh’= he quy chieu phi quan tinh + he quy chieu phi quan tinhqt                     (ii.40)

he quy chieu phi quan tinh= mhe quy chieu phi quan tinhlực thực tác dụng lên chất điểm và làm cho nó chuyển động với gia tốc he quy chieu phi quan tinh trong hệ qui chiếu quán tính k, còn he quy chieu phi quan tinhqt = -mhe quy chieu phi quan tinh là một lực tác dụng lên chất điểm do chất điểm nằm trong hệ qui chiếu k’ là một hệ qui chiếu không quán tính. lực này xuất hiện do tính không quán tính của hệ qui chiếu, do đó nó được gọi là lực quán tính. người ta gọi lực quán tính là lực ảo với ý nghĩa là ta không thể chỉ ra vật cụ thể nào chức năng lên chất điểm mà ta đang xét. lực quán tính tác dụng lên mọi vật nằm trong hệ qui chiếu không quán tính. cần lưu ý rằng lực quán tính có chiều ngược với chiều của gia tốc he quy chieu phi quan tinh của hệ qui chiếu k’.

tóm lại, một vật chuyển động trong hệ qui chiếu không quán tính thì ngoài lực thực, vật còn chịu thêm công dụng của lực quán tính.

Xem thêm: Người bị gút nên kiêng kỵ những món ăn này

ví dụ

trong đời sống hàng ngày, chúng ta thường gặp lực quán tính xuất hiện trong hệ qui chiếu chuyển động thẳng có gia tốc. chẳng hạn , tất cả hành khách ngồi trên xe bus đều bị lao về phía trước khi xe đột ngột hãm lại. trong trường hợp này, gia tốc he quy chieu phi quan tinh của xe hướng ngược chiều với chiều chuyển động của xe nên lực quán tính he quy chieu phi quan tinhqt = -mhe quy chieu phi quan tinh cùng chiều với chiều chuyển động. ngược lại, khi xe đang đứng yên và đột ngột chuyển bánh (gia tốc he quy chieu phi quan tinh trong trường hợp này hướng theo chiều chuyển động) thì hành khách bị bật ngửa về phía sau.

tác dụng của lực quán tính he quy chieu phi quan tinhqt = -mhe quy chieu phi quan tinh còn gây ra hiện tượng tăng trọng lượng của các nhà du hành vũ trụ khi tên lửa bắt đầu xuất phát vì rằng khi đó gia tốc he quy chieu phi quan tinh hướng lên phía trên nên lực quán tính he quy chieu phi quan tinhqt hướng xuống phía dưới và do đó cùng chiều với trọng lượng của nhà du hành. lực chức năng tổng cộng lên nhà du hành sẽ lớn hơn trọng lượng của nhà du hành.

ii.1b.2. hệ qui chiếu quay :

quả đất mà chúng ta đang sống trên đó, tự quay quanh trục của nó với vận tốc góc là 24giờ/vòng. rõ ràng hệ qui chiếu gắn liền với quả đất không phải là một hệ qui chiếu quán tính. bây giờ, chúng ta sẽ nghiên cứu các lực quán tính xuất hiện trong hệ qui chiếu quay.

giả sử ta có một hệ qui chiếu quán tính đứng yên k và một hệ qui chiếu quay k’ quay quanh trục oz của hệ qui chiếu k với vận tốc góc không đổi he quy chieu phi quan tinhđể cho đơn giản ta gỉa thiết hai gốc tọa độ o và o’trùng nhau và hai trục oz và o’z’ cũng trùng nhau.

ta có thể dẫn ra phương trình chuyển động của  chất điểm trong hệ qui chiếu quay k’ :

he quy chieu phi quan tinh’= mhe quy chieu phi quan tinh’= mhe quy chieu phi quan tinh-2m(he quy chieu phi quan tinh´ he quy chieu phi quan tinh’) + mhe quy chieu phi quan tinhhe quy chieu phi quan tinh^         (ii.43)

số hạng thứ nhất ở vế phải he quy chieu phi quan tinh= mhe quy chieu phi quan tinh là lực thực tác dụng lên chất điểm, còn hai số hạng còn lại là các lực quán tính xuất hiện do hệ qui chiếu quay k’ không phải là hệ qui chiếu quán tính. số hạng thứ hai :

he quy chieu phi quan tinhc = -2m(he quy chieu phi quan tinh´ he quy chieu phi quan tinh’)                                           (ii.44)

gọi là lực coriolis. cần lưu ý là lực coriolis chỉ xuất hiện khi chất điểm chuyển động đối với hệ qui chiếu quay k’ vì rằng từ (ii.44) ta thấy he quy chieu phi quan tinhc = 0 khi he quy chieu phi quan tinh’= 0.

số hạng thứ ba ở vế phải (ii.43) gọi là lực ly tâm vì nó hướng từ trục quay ra ngoài theo chiều của vectơ he quy chieu phi quan tinh^ và có xu hướng làm cho chất điểm chuyển động ra xa khỏi tâm trục quay. lưu ý rằng lực ly tâm tác dụng lên mọi vật ở trong hệ qui chiếu quay dù chúng chuyển động hay đứng yên.

he quy chieu phi quan tinhlt = mhe quy chieu phi quan tinhhe quy chieu phi quan tinh^                                                   (ii.45)

ta nhận thấy, về độ lớn thì lực ly tâm bằng lực hướng tâm nhưng ngược chiều, do đó chính lực này cân bằng lực hứơng tâm (lực hút của mặt trời) làm cho các hành tinh chuyển động quanh mặt trời mà không rơi vào tâm mặt trời dưới tác dụng của lực hút của mặt trời.

ii.1b.3. vài ví dụ về các lực quán tính trong hệ qui chiếu quay :

trái đất tự quay quanh mình biểu hiện như một hệ qui chiếu không quán tính quay do đó mọi vật trên quả đất đều phải chịu tác dụng của các lực quán tính xuất hiện trong hệ qui chiếu quay. nếu vật đứng yên với quả đất thì vật chỉ chịu chức năng của lực ly tâm he quy chieu phi quan tinhlt = mhe quy chieu phi quan tinhhe quy chieu phi quan tinh^ . còn nếu vật chuyển động đối với quả đất thì ngoài lực ly tâm vật còn chịu công dụng của lực coriolis.

sau đây là một vài ví dụ thể hiện công dụng của lực ly tâm và lực coriolis.

a) trọng lượng biểu kiến của một vật :

Xem thêm: Phúc khảo là gì? Chấm phúc khảo lại có giúp điểm thi cao hơn? giấy

xét một vật có khối lượng m. lực hút của quả đất he quy chieu phi quan tinh=mhe quy chieu phi quan tinh hướng vào tâm quả đất. ngoài ra vật còn chịu tác dụng của lực ly tâm he quy chieu phi quan tinhlt = mhe quy chieu phi quan tinhhe quy chieu phi quan tinh^ hướng từ trong trục quay ra ngoài như ở hình bên. do đó tổng hợp lực he quy chieu phi quan tinh’=he quy chieu phi quan tinh+mhe quy chieu phi quan tinhhe quy chieu phi quan tinh^ ¹ he quy chieu phi quan tinh. lực he quy chieu phi quan tinh’do đó không hướng đúng vào tâm o của quả đất mà hơi bị lệch đi một ít. lực he quy chieu phi quan tinh’ cũng còn được gọi là trọng lượng biểu kiến của vật. ta thấy ở xích đạo trọng lượng biểu kiến của một vật là nhỏ nhất vì he quy chieu phi quan tinh^ là lớn nhất. trái lại ở các cực của quả đất thì vì he quy chieu phi quan tinh^ =0 nên trọng lượng biểu kiến bằng trọng lượng thực của vật.

b) sự xói mòn bờ của các con sông do
tính năng của lực coriolis :

các con sông (chính xác là nước sông ) là các vật chuyển động đối với quả đất nên chịu công dụng của lực coriolis. chẳng hạn, ta xét một con sông ở bắc bán cầu chảy theo chiều từ bắc xuống nam, tức là chảy dọc theo các đường kinh tuyến. hình bên trình bày chiều chuyển động của con sông cùng với phương và chiều của lực coriolis
tính năng lên nước sông. xuôi theo chiều dòng nước thì bờ bên phải gọi là hữu ngạn, còn bờ bên trái gọi là tả ngạn. hình bên cho thấy ở bắc bán cầu lực coriolis
tính năng lên hữu ngạn làm cho bờ này bị xói mòn và do đó bên tả ngạn được bồi đắp. tương tự, chúng ta có thể giải thích qui luật sau đây của các con sông : ở bắc bán cầu, khi ta xuôi theo dòng nước thì bờ hữu ngạn bị bào mòn; còn ở nam bán cầu, khi xuôi theo dòng nước thì bờ tả ngạn bị bào mòn bởi chức năng của lực coriolis.

ii.1b.4. hệ qui chiếu quả đất :

hệ qui chiếu gắn liền với quả đất rõ ràng là một hệ qui chiếu không quán tính, tuy nhiên trong những điều kiện nhất định, ta vẫn có thể xem đó là một hệ qui chiếu gần quán tính và ta có thể áp dụng các định luật động lực học của niu-tơn khi nghiên cứu chuyển động của chất điểm trong hệ qui chiếu này. ta hãy làm rõ điều nói trên.

ta biết rằng quả đất chuyển động quanh mặt trời theo một quĩ đạo elip gần tròn với bán kính r » 1,5.108km và chuyển động với vận tốc trung bình khoảng 30km/s. từ đó, ta có thể tính được gia tốc pháp tuyến (gia tốc hướng tâm) trong chuyển động này:

an= he quy chieu phi quan tinh=he quy chieu phi quan tinh = 6.10-6km/s2= 0,6cm/s2

gia tốc này chưa bằng 1/1000 lần gia tốc rơi tự do g, vì vậy ta có thể bỏ qua nó trong nhiều thí nghiệm.

ngoài ra, quả đất còn tự quay quanh mình nên có gia tốc :

a=he quy chieu phi quan tinhr

trong đó he quy chieu phi quan tinh là vận tốc góc của quả đất khi quay quanh mình. ta biết quả đất quay một vòng (góc quay là 2p radian) mất 24 giờ, r là bán kính của quả đất vào khoảng 6350km. từ đó :

a = he quy chieu phi quan tinhr = 6,350.108(2p /86,400)2 » 3,4cm/s2

gia tốc này lớn khoảng 6 lần so với an nên dễ dàng cảm nhận được. vì vậy khi nghiên cứu các chuyển động xảy ra trong một khoảng thời gian dài (ví dụ chuyển động của các tên lửa vượt đại châu, các vệ tinh nhân tạo …) ta không thể xem quả đất là một hệ qui chiếu quán tính được. tuy nhiên, nếu chuyển động xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn ( ví dụ chuyển động các vật trên mặt đất như ôtô, xe đạp …) thì ta có thể xem hệ qui chiếu gắn với quả đất là một hệ qui chiếu quán tính và ta có thể áp dụng các định luật động lực học của niu-tơn để giải bài toán này.

Nguồn: https://fusionsuitesvungtau.com.vn
Danh mục: Hỏi đáp ✅

test