II.2. Các lực liên kết :
Ta đã biết rằng các vật tác dụng lên nhau những lực khi chúng tiếp xúc với nhau hoặc khi chúng ở xa nhau thông qua trường. Lực tác dụng của các vật khi chúng tiếp xúc với nhau được gọi là lực liên kết.
Khi một vật chuyển động trên bề mặt một vật khác thì theo định luật III Niu-tơn mặt này sẽ tác dụng lên vật một lực
gọi là phản lực của bề mặt. Thực nghiệm chứng tỏ rằng trong trường hợp tổng quát phản lực
có thể phân tích thành hai thành phần :
=
+
ms (II.3)
Thành phần
vuông góc với bề mặt gọi là phản lực pháp tuyến. Thành phần
ms cùng phương nhưng ngược chiều với chuyển động gọi là lực ma sát. Lực ma sát luôn cản trở chuyển động. Nguời ta phân chia lực ma sát thành các loại như sau :
Lực ma sát xuất hiện khi một vật đứng yên trên bề mặt của một vật khác gọi là ma sát nghỉ. Lực ma sát nghỉ không có giá trị xác định, nó phụ thuộc vào giá trị của lực. Giả sử ta tác dụng lên vật một lực kéo
theo phương nằm ngang. Nếu lực kéo nhỏ thì vật vẫn nằm yên . Vậy ta phải kết luận rằng mặt phẳng tiếp xúc đã tác dụng lên vật một phản lực tiếp tuyến
t bằng về độ lớn với
nhưng ngược chiều, chính vì vậy mà vật không chuyển động. Phản lực tiếp tuyến đó chính là ma sát nghỉ. Tăng dần lực kéo
thì ma sát nghỉ cũng tăng dần cho đến khi đạt tới một giá trị tới hạn Fms thì vật bắt đầu trượt trên mặt phẳng tiếp xúc.
Giá trị giới hạn của lực ma sát nghỉ :
Fms = m Pn (II.4)
tác dụng lên vật. Hình dưới minh họa trường hợp của ma sát nghỉ.
trong đó m
gọi là hệ số ma sát nghỉ, Pn là thành phần vuông góc của lực nén lên bề mặt của mặt phẳng tiếp xúc. Hệ số ma sát phụ thuộc vào bản chất của vật liệu và trạng thái của các mặt tiếp xúc (nhẵn, ghồ ghề, trơn, nhám …)
Khi lực kéo
lớn hơn giá trị giới hạn Fms thì vật bắt đầu trượt. Lực ma sát khi đó gọi là ma sát trượt. Trong thực tế khi vận tốc trượt không lớn lắm ta có thể áp dụng công thức (II.4) của giá trị giới hạn của ma sát nghỉ là giá trị của lực ma sát trượt.
Lực ma sát xuất hiện khi một vật lăn trên bề mặt một vật khác gọi là lực ma sát lăn. Nó được xác định bởi công thức sau :
Fmsl = m ’Pn (II.5)
m ’ gọi là hệ số ma sát lăn, nó thường nhỏ hơn hệ số ma sát trượt nhiều.
Khi
Tại các điểm trên
dây xuất hiện các lực gọi là lực căng của dây. Lực căng tại một điểm A
nào đó trên dây là lực tương tác giữa hai nhánh OA và AC của dây ở hai bên điểm
A. Muốn xác định lực căng tại A, ta tưởng tượng dây bị cắt tại A. Để cho hai
nhánh OA và AC vẫn căng sao cho vật C vẫn giữ nguyên trạng thái động lực của nó
như cũ th́ trên
Một hệ gồm hai vật
khối lượng m1 và m2 được nối với nhau bằng một sợi dây
mảnh không co dăn. Cả hai trượt không ma sát trên mặt phẳng nằm ngang dưới tác dụng của lực kéo
đặt vào m1. Xác định lực căng của dây. Bỏ qua tác dụng của ma sát.
Trước tiên ta tính gia tốc a của hệ. Vì hệ chuyển động như là một vật có khối lượng (m1+m2) dưới tác dụng của lực
nên :
a = ![]()
Muốn tính lực căng tại A, ta tưởng tượng cắt dây tại A. Để đảm bảo cho hai vật m1 và m2 giữ nguyên chuyển động với gia tốc a thì tại hai đoạn dây ở A sẽ chịu tác dụng của các lực căng
và
’.
Xét riêng vật m1. Lực tác dụng lên nó gồm : lực kéo
và lực căng
. Viết phương trình chuyển động của m1 :
m1a = F -T
Từ đó
T= F-m1a = F -m1
=![]()
Xét vật m2 . Lực tác dụng lên vật là lực căng
’ và do đó phương trình chuyển động của nó :
m2a = T’
hay
T’= m2
=T