Hệ qui chiếu phi quán tính và các lực quán tính

Gần đây, khái niệm phi quán tính và lực quán tính đã được đưa vào chương trình vật lý và địa lý phổ thông. Tuy nhiên, việc giảng dạy và vận dụng còn khá nhiều lúng túng. Đây là bài viết giúp người đọc hiểu rõ hơn về vấn đề này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ qui chiếu phi quán tính và các lực quán tính H qui chi u phi quán tính và các l c quán tính Th.S Tr n Qu c HàTóm t t ti ng Vi t:G n ñây, khái ni m h qui chi u phi quán tính và l c quán tính ñã ñư c ñưa vào chương trình v tlý và ñ a lý ph thông. Tuy nhiên, viêc gi ng d y và v n d ng còn khá nhi u lúng túng. ðây làbài vi t giúp ngư i ñ c hi u rõ hơn v v n ñ này.I-M ñ u:Newton khi xây d ng ba ñ nh lu t cơ h c n i ti ng c a mình ñã ñưa ra khái ni m v hqui chi u quán tính. ðó là h qui chi u mà trong ñó ba ñ nh lu t Newton ñư c nghi mñúng. M i h qui chi u ñ ng yên hay chuy n ñ ng th ng ñ u v i h qui chi u quán tínhñ u là h qui chi u quán tính. V y, có t n t i m t h qui chi u quán tính ban ñ u ñ sosánh? th i ñ i Newton, ngư i ta quan ni m Vũ tr g m H M t tr i v i M t tr i ñ ng yên t itâm, các hành tinh chuy n ñ ng xung quanh và phía xa là b u tr i sao b t ñ ng. Luônluôn có th d ng ñư c m t h qui chi u có tâm là M t tr i (ñúng ra là tâm quán tính c aH M t tr i) và ba tr c hư ng t i 3 ngôi sao b t kỳ. H này t thân không c n so sánh b tkỳ cái gì cũng luôn ñ ng yên, nó luôn là h qui chi u quán tính. Chính vì v y ngư i tanói cơ h c Newton v a mang tính tương ñ i (chuy n ñ ng có tính so sánh) v a mangtính tuy t ñ i.Cùng v i s phát tri n c a thiên văn, ngư i ta hi u M t tr i cũng ch là m t ngôi sao bìnhthư ng trong Vũ tr bao la. M t tr i quay quanh tâm Ngân hà và Ngân hà ñang ch y raxa kh i các thiên hà khác do Vũ tr ñang dãn n . Như v y không có s ñ ng yên tuy tñ i dành cho M t tr i. Chuy n ñ ng có gia t c là chuy n ñ ng ph bi n trong vũ tr .Th t khó ki m m t h qui chi u quán tính t thân. Trong khi ñó các ñ nh lu t Newtonch nghi m ñúng cho các h qui chi u quán tính. V y làm sao ñ v n d ng các ñ nh lu tNewton v hình th c ñây ?ði u này ñã ñư c ñã ñư c gi i quy t b ng cách ñưa ra khái ni m h qui chi u phi quántính và l c quán tính. Tuy nhiên, vì l c quán tính không ph i l c th t nên ngư i ta ng nng i khi s d ng nó trong sách v t lý ph thông, Chính ñi u này gây nên s l n l n vàkhó khăn trong vi c hi u và s d ng h qui chi u phi quán tính trong d y và h c v t lý.II-H qui chi u phi quán tính và l c quán tính:ð nh nghĩa:Xét h qui chi u O’ chuy n ñ ng v i gia t c a 0 so v i h qui chi u quán tính O.H qui chi u O’ ñư c g i là h qui chi u phi quán tính.Xét v t có kh i lư ng m chuy n ñ ng v i gia t c a trong h O’. Khi ñó, so v i h Otheo nguyên lý Galillee ta có gia t c a c a v t trong h O như sau: a = a0 + a Nhân 2 v v i m và chuy n ñ i như sau: ma − ma 0 = ma (1)Trong h quán tính O ta có: F = maGi s ñ t - ma 0 = F thì ta có th vi t (1) là: nào ñó F−F = ma nào ñó ∑ F = ma (2) hayCông th c (2) v hình th c chính là ñ nh lu t hai Newton cho h phi quán tính O’Như v y, n u công nh n có l c F nào ñó thì trong h phi quán tính O’ có th s d ng ñ nhlu t Newton. L c này ñư c g i là l c quán tính (hay còn g i là l c quán tính kéo theo).Công th c (2) ñư c vi t l i là: F + Fqt = ma Tính ch t c a l c quán tính: Fqt = − m.a 0 - L c quán tính ch xu t hi n trong h phi quán tính. - L c quán tính không ph i là tương tác th c nên còn b coi là gi l c (pseudoforces). Nhưng l c này không th b qua n u mu n áp d ng ñ nh lu t Newton trong h phi quán tính. - L c quán tính t l v i kh i lư ng v t ( ñây là tính ch t quan tr ng mà Einstein ñã v n d ng ñ phát bi u nguyên lý tương ñương ). - L c quán tính không có ph n l c. M t s sách cũ mu n tránh né h phi quán tính thư ng thay l c quán tính b ng l c khác tương ñương trong h quán tính nhưng ngư c chi u.III. Áp d ng cho trái ñ t:Xét bài toán cơ h c cho m t v t trên trái ñ t. H qui chi u ñ t trên b m t Trái ñ t khôngph i là h qui chi u quán tính vì hai lý do: - Trái ñ t t quay quanh tr c. - Trái ñ t quay quanh m t tr iKhi ñó, xét chuy n ñ ng c a v t ta s th y xu t hi n các l c quán tính. Có hai trư ng h psau: - V t ñ ng yên trên b m t trái ñ t: s ch u tác d ng c a l c ly tr c quán tính ( m t s sách g i là l c ly tâm quán tính) - V t chuy n ñ ng v i v n t c v : ngoài l c trên v t còn ch u tác ñ ng c a l c Coriolis. Xét bài toán l c Coriolis:L c Coriolis là l c quán tính ñư c tên theo nhà bác h c Pháp Coriolis. L c gi i thích cáchi n tư ng xói mòn b sông v phía tay ph i dòng ch y b c bán c u khi ch y theo kinhtuy n Trái ñ t; s l ch v phía ñông c a v t t do, gió mùa ñông b c, tây nam…Dư i ñâyta s minh h a hư ng ...