Công Cụ Tính Lực
Giải định luật hai Newton để tìm lực, khối lượng hoặc gia tốc; tìm trọng lượng từ khối lượng và trọng trường; tính ma sát từ hệ số và phản lực pháp tuyến; hoặc cộng nhiều lực theo các góc khác nhau để có hợp lực và gia tốc mà nó gây ra. Mỗi kết quả đi kèm cách tính, và chế độ hợp lực vẽ biểu đồ vật thể tự do. Chạy trong trình duyệt của bạn; miễn phí, không cần đăng ký.
Định luật hai Newton: hợp lực tác dụng lên vật bằng khối lượng nhân với gia tốc của nó. Hãy nhập hợp lực, không chỉ một trong các lực đang tác dụng.
Đã tính
Kết quả
3000 N
Hợp lực F
Cách tính
- Bắt đầu từ F = m × a.
- F = 1200 × 2,5 = 3000 N
Cách Sử Dụng Công Cụ Tính Lực
- 1. Chọn phép tính. F = ma cho hợp lực tác dụng lên một vật, W = mg cho trọng lượng, f = μN cho ma sát, hoặc Hợp lực của nhiều lực để kết hợp nhiều lực.
- 2. Chọn đại lượng chưa biết và điền phần còn lại. Ô bạn đang giải sẽ trở thành đáp án. Mỗi ô có menu đơn vị riêng — newton, kilonewton, pound-lực, kilôgam hoặc pound, m/s² hoặc g.
- 3. Với nhiều lực, nhập độ lớn và góc. Đo mỗi góc ngược chiều kim đồng hồ từ trục x dương: 0° là sang phải, 90° là lên trên, 180° là sang trái, 270° là xuống dưới. Thêm khối lượng nếu bạn muốn tính gia tốc.
- 4. Đọc cách tính. Phương trình, bước biến đổi và các số đã thế vào đều được hiển thị; chế độ hợp lực thêm bảng các thành phần và biểu đồ vật thể tự do.
Các Phương Trình
| Đại lượng | Phương trình | Ghi chú |
|---|---|---|
| Định luật hai Newton | F = m × a | F là hợp lực tác dụng lên vật, tính bằng newton (1 N = 1 kg·m/s²) |
| Trọng lượng | W = m × g | g = 9,80665 m/s² ở gia tốc trọng trường chuẩn, nên 1 kg có trọng lượng 9,80665 N |
| Ma sát | f = μ × N | N là phản lực pháp tuyến; μs cho ma sát tĩnh cực đại, μk cho ma sát trượt |
| Ma sát trên mặt phẳng ngang | f = μ × m × g | Trên mặt phẳng, phản lực pháp tuyến bằng trọng lượng khi không có lực nào khác đẩy theo phương thẳng đứng |
| Hợp lực | ΣFx = ΣF cos θ, ΣFy = ΣF sin θ | Cộng các thành phần, rồi |F| = √(ΣFx² + ΣFy²) |
Tham khảo: OpenStax University Physics, Volume 1, mục 5.3 và 6.2. Gia tốc trọng trường chuẩn được xác định chính xác theo định nghĩa (CGPM, 1901).
Ví Dụ Minh Họa
F = ma. Một xe 1.200 kg tăng tốc 2,5 m/s² cần hợp lực 1200 × 2,5 = 3000 N (mặc định). Lưu ý đây là hợp lực: lực đẩy của động cơ trừ đi lực cản không khí và lực cản lăn.
Trọng lượng. Một người 70 kg có trọng lượng 70 × 9,80665 = 686,5 N trên Trái Đất, nhưng 70 × 1,62 = 113,4 N trên Mặt Trăng. Khối lượng của họ vẫn là 70 kg ở cả hai nơi.
Ma sát. Một khối ép lên bề mặt với phản lực pháp tuyến 200 N và μ = 0,4 chịu ma sát 0,4 × 200 = 80 N. Với khối 10 kg trên mặt phẳng ngang và μ = 0,4, f = 0,4 × 10 × 9,80665 = 39,23 N.
Hợp lực. Kéo với lực 10 N sang phải, 6 N lên trên và 4 N sang trái. Các thành phần x cộng lại thành 10 − 4 = 6 N và các thành phần y thành 6 N, nên hợp lực là √(6² + 6²) = 8,485 N theo góc 45°. Nếu vật có khối lượng 2 kg, gia tốc của nó là 8,485 ÷ 2 = 4,243 m/s² theo chính hướng đó.
Hệ Số Ma Sát
| Bề mặt | Tĩnh μs | Động μk |
|---|---|---|
| Cao su trên bê tông khô | 1,0 | 0,7 |
| Gỗ trên gỗ | 0,5 | 0,3 |
| Thép trên thép (khô) | 0,6 | 0,3 |
| Giày trên băng | 0,1 | 0,05 |
| Teflon trên thép | 0,04 | 0,04 |
Giá trị gần đúng theo OpenStax University Physics, Volume 1, Bảng 6.1. Hệ số thực tế thay đổi theo tình trạng bề mặt.
Những Lỗi Thường Gặp
- Dùng một lực thay vì hợp lực. Trong F = ma, F là tổng vectơ của mọi lực. Lực đẩy 50 N chống lại ma sát 50 N cho gia tốc bằng không.
- Nhầm lẫn khối lượng với trọng lượng. Khối lượng tính bằng kilôgam và không đổi; trọng lượng là một lực tính bằng newton và phụ thuộc vào g. Cân đo bằng kilôgam thực chất đo trọng lượng rồi chia cho g.
- Dùng trọng lượng làm phản lực pháp tuyến trên mặt dốc hoặc khi kéo theo góc. Khi đó phản lực pháp tuyến khác mg; hãy dùng Inclined Plane Calculator cho đường dốc.
- Coi μ là tính chất của một vật. μ thuộc về một cặp bề mặt.
Câu Hỏi Thường Gặp
- Làm thế nào để tính lực?
- Nhân khối lượng với gia tốc: F = ma. Một vật 5 kg tăng tốc 3 m/s² cần hợp lực 15 N. Nếu có nhiều lực tác dụng, hãy cộng chúng như các vectơ trước, rồi dùng hợp lực thu được.
- Newton là gì?
- Một newton là lực làm khối lượng 1 kg có gia tốc 1 m/s², nên 1 N = 1 kg·m/s². Gần bề mặt Trái Đất, nó xấp xỉ trọng lượng của một quả táo nhỏ, khoảng 100 g.
- Khối lượng và trọng lượng khác nhau thế nào?
- Khối lượng đo lượng vật chất có trong vật và giống nhau ở mọi nơi. Trọng lượng là lực hấp dẫn tác dụng lên khối lượng đó, W = mg, nên thay đổi theo vị trí. Cùng một người 70 kg nặng khoảng 686,5 N trên Trái Đất và 113,4 N trên Mặt Trăng.
- Làm thế nào để tìm hợp lực từ nhiều lực?
- Phân tích mỗi lực thành các thành phần x và y (F cos θ và F sin θ), cộng tất cả thành phần x và tất cả thành phần y, rồi kết hợp hai tổng đó bằng định lý Pythagoras. Hướng là atan2 của ΣFy chia cho ΣFx.
- Hợp lực bằng không có nghĩa là gì?
- Vật ở trạng thái cân bằng: nó đứng yên hoặc chuyển động với vận tốc không đổi. Hợp lực bằng không không có nghĩa là không có lực nào tác dụng, mà chỉ là các lực triệt tiêu nhau. Công cụ nêu rõ trường hợp này.
- Làm thế nào để đổi pound-lực sang newton?
- Nhân với 4,448222: 1 lbf là trọng lượng của khối lượng một pound ở gia tốc trọng trường chuẩn, tức 0,45359237 kg × 9,80665 m/s². Một kilôgam-lực đúng bằng 9,80665 N. Các menu đơn vị thực hiện những phép đổi này cho bạn.