Lực là gì? Đơn vị lực là gì? Có bao nhiêu loại lực trong vật lý?

1. Lực là gì? 

1.1. Định nghĩa về lực:

Lực là một đại lượng vectơ có độ lớn và hướng, biểu thị tác dụng của một vật lên một vật khác. Lực có thể làm thay đổi vận tốc, hướng, hay cấu trúc hình học của vật bị tác dụng. Lực có nhiều loại khác nhau, như lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực ma sát, và lực hướng tâm. Lực được đo bằng đơn vị newton (N) trong hệ SI và được ký hiệu là F. Định luật thứ hai của Newton cho biết tổng lực tác dụng lên một vật bằng với tích của khối lượng và gia tốc của vật.

Một số điểm quan trọng về lực có thể được tóm tắt như sau:

Đơn vị đo lường: Lực được đo bằng đơn vị đo là Newton (N) trong hệ đo lường SI. Đơn vị này được đặt theo tên của nhà vật lý người Anh, Sir Isaac Newton.

Biểu diễn: Lực có thể được biểu diễn bằng vector, với hướng và độ lớn. Hướng của vector lực xác định hướng tác động của lực, trong khi độ lớn của vector lực đo lường sức mạnh hoặc cường độ của nó.

Loại lực: Có nhiều loại lực khác nhau trong vật lý, bao gồm lực đẩy, lực kéo, lực ma sát, lực hấp dẫn, lực điện, lực từ, lực nảy, và nhiều hơn nữa. Mỗi loại lực có tính chất và hiệu ứng riêng.

Tác động đối lập: Theo định luật hành động-ứng đối, mỗi lực tác động lên một vật sẽ có một lực phản xạ tương ứng từ vật đó tác động lên vật tác động. Điều này có nghĩa là mọi lực đều tồn tại dưới dạng cặp đối lập, được gọi là cặp lực tương ứng.

Định luật Newton: Định luật đầu tiên của Newton, hay còn gọi là Định luật quán tính, nói rằng một vật sẽ duy trì trạng thái nghỉ yên hoặc chuyển động với vận tốc không đổi theo đường thẳng, trừ khi có lực tác động lên nó.

1.2. Thế nào là 2 lực cân bằng?

Hai lực cân bằng là hai lực tác dụng lên cùng một vật, có độ lớn bằng nhau, cùng phương nhưng ngược chiều. Nếu chỉ có hai lực tác dụng vào cùng một vật mà vật vẫn đứng yên thì hai lực đó là hai lực cân bằng. Hai lực cân bằng có thể được xác định bằng cách quan sát kết quả tác dụng của lực lên vật.

Ví dụ về hai lực cân bằng trong cuộc sống:

– Khi ta treo một quả nặng vào một sợi dây, quả nặng sẽ chịu tác dụng của hai lực cân bằng là lực hấp dẫn của Trái Đất kéo quả nặng xuống và lực căng của sợi dây kéo quả nặng lên. Hai lực này có cùng phương thẳng đứng, cùng độ lớn nhưng ngược chiều, nên quả nặng sẽ đứng yên.

– Khi bạn đứng trên mặt đất, bạn chịu tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực (lực kéo bạn xuống) và lực nâng của mặt đất (lực đẩy bạn lên). Hai lực này có cùng phương thẳng đứng, có độ lớn bằng nhau và chiều ngược nhau. Do đó, bạn không rơi xuống hay bay lên, mà đứng yên trên mặt đất.

– Khi bạn kéo một chiếc vali trên sàn nhà, bạn tạo ra một lực kéo vali theo phương nằm ngang. Vali cũng chịu tác dụng của một lực ma sát ngược lại do sàn nhà tạo ra. Nếu hai lực này có độ lớn bằng nhau và chiều ngược nhau, vali sẽ không di chuyển. Nếu bạn tăng độ lớn của lực kéo vali, vali sẽ di chuyển theo bạn. Nếu bạn giảm độ lớn của lực kéo vali, vali sẽ dừng lại.

2. Các đặc điểm chính của lực:

– Hướng: Lực có hướng xác định, nghĩa là nó tác động theo một hướng nhất định. Hướng này có thể được biểu thị bằng một vector, với mũi tên chỉ ra hướng tác động của lực.

– Độ lớn: Độ lớn của lực đo lường sức mạnh hoặc cường độ của nó. Độ lớn của lực được đo bằng đơn vị Newton (N) trong hệ đo lường SI.

– Điểm tác động: Lực có thể tác động tại một điểm cụ thể trên một vật. Điểm này có thể là điểm trung tâm của vật, hoặc một điểm khác tùy thuộc vào loại lực và tình huống cụ thể.

– Phương thức tác động: Lực có thể tác động thông qua tiếp xúc trực tiếp hoặc qua tương tác từ xa. Ví dụ, lực đẩy và lực kéo tác động thông qua tiếp xúc trực tiếp, trong khi lực hấp dẫn và lực điện tác động thông qua tương tác từ xa.

– Thực hiện công: Lực có khả năng thực hiện công hoặc chuyển đổi năng lượng trong quá trình tác động lên vật. Ví dụ, lực đẩy hoặc lực kéo có thể làm thay đổi vận tốc của một vật, trong khi lực điện có thể làm thay đổi vị trí và hình dạng của các hạt điện tích.

– Định hướng: Lực có thể có định hướng nhất định, nghĩa là nó có thể tạo ra xoắn hoặc làm thay đổi hướng chuyển động của vật.

Các đặc điểm này cùng nhau tạo nên tính chất và hiệu ứng của lực, và chúng được sử dụng để mô tả và hiểu các tương tác và hiện tượng trong vật lý.

3. Các loại lực cơ học hiện nay:

3.1. Lực hấp dẫn:

Lực hấp dẫn là lực hút giữa mọi vật chất, có độ lớn tỉ lệ với khối lượng của chúng. Lực hấp dẫn của Trái Đất làm cho các vật có khối lượng rơi xuống đất và giữ cho các thiên thể quay quanh nhau. Lực hấp dẫn có điểm đặt tại tâm của vật, cùng phương và ngược chiều với nhau. Công thức tính lực hấp dẫn giữa hai vật là:

Fhd = G x (m1 x m2) / R^2.

Trong đó:

– Fhd: Là lực hấp dẫn

– m1, m2: Là khối lượng của hai vật

– R: Là khoảng cách giữa hai vật

– G: Là hằng số hấp dẫn

3.2. Lực đàn hồi:

Lực đàn hồi là lực được sinh ra khi vật đàn hồi bị biến dạng. Chẳng hạn như lực gây ra bởi một lò xo khi bị nén lại hoặc kéo giãn ra. Lực đàn hồi có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó tức là nó sẽ đưa vật trở lại trạng thái ban đầu khi chưa bị biến dạng. Lực đàn hồi có phương trùng với phương của biến dạng, có chiều chống lại sự biến dạng. Công thức tính lực đàn hồi của lò xo là:

Fdh = k x | Δl | 

Trong đó:

– Fdh: Là lực đàn hồi

– k: Là độ cứng của lò xo

– x: Là độ biến dạng của lò xo

3.3. Lực ma sát:

Lực ma sát là lực phản ứng khi hai bề mặt tiếp xúc di chuyển tương đối nhau. Lực ma sát làm giảm tốc độ của các vật và biến năng lượng cơ thành nhiệt. Lực ma sát có phương song song với bề mặt tiếp xúc, có chiều ngược lại với chiều di chuyển của vật. Lực ma sát phụ thuộc vào tính chất của hai bề mặt tiếp xúc và áp suất giữa chúng. Công thức tính lực ma sát trượt là:

Fms = μ x N

Trong đó:

– Fms: Là lực ma sát trượt

– μ: Là hệ số ma sát trượt

– FN: Là lực bình thường

3.4. Lực hướng tâm:

Lực hướng tâm là lực giữ cho một vật chuyển động theo quỹ đạo cong. Chẳng hạn như lực căng dây khi quay con lắc hay lực ly tâm khi xe ô tô đi vào cua. Lực hướng tâm có phương vuông góc với quỹ đạo của vật, có chiều luôn hướng vào tâm của quỹ đạo. Lực hướng tâm làm cho vật thay đổi hướng chuyển động nhưng không làm thay đổi độ lớn của vận tốc. Công thức tính lực hướng tâm là:

Fht = m x v^2 / R 

Trong đó:

– Fht: Là lực hướng tâm

– m: Là khối lượng của vật

– v: Là vận tốc của vật

– r: Là bán kính của quỹ đạo

4. Ứng dụng của lực trong cuộc sống:

Các ứng dụng của lực rất đa dạng và tồn tại trong hầu hết các khía cạnh của cuộc sống hàng ngày, từ công nghiệp đến y học, từ giao thông đến thể thao và giải trí.

Di chuyển và vận chuyển: Lực được sử dụng để di chuyển và vận chuyển các vật thể. Ví dụ, lực đẩy và lực kéo được sử dụng để di chuyển xe cộ, máy móc và công cụ.

Cơ cấu và máy móc: Lực được sử dụng để làm việc trong các cơ cấu và máy móc. Ví dụ, lực được áp dụng trong động cơ để tạo ra chuyển động và làm việc trong các hệ thống máy móc khác nhau.

Xây dựng và kiến trúc: Lực được sử dụng trong xây dựng và kiến trúc để tạo ra cấu trúc vững chắc. Ví dụ, lực nén được sử dụng trong cọc đóng để chịu tải trọng từ công trình xây dựng.

Điện và điện tử: Lực điện từ được ứng dụng trong các thiết bị điện và điện tử, bao gồm các thiết bị điện tử tiêu dùng, máy tính, điện thoại di động và các hệ thống điện tử phức tạp khác.

Y tế và y học: Lực được ứng dụng trong nhiều ứng dụng y tế và y học, bao gồm quá trình xét nghiệm và chẩn đoán, điều trị bằng sóng âm, tác động và điều chỉnh cơ thể.

Thể thao và giải trí: Lực được sử dụng trong thể thao và giải trí, bao gồm việc đẩy, kéo, nhảy, đá và ném trong các môn thể thao khác nhau.

Năng lượng: Lực cũng được sử dụng để tạo ra và chuyển đổi năng lượng trong các nguồn năng lượng, như lực nước, lực gió và năng lượng hạt nhân.