Lực

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Lực là một đại lượng vật lý được dùng để biểu thị tương tác giữa các vật, làm thay đổi trạng thái chuyển động của các vật.

Cụ thể, khi một vật chịu lực tác động, F, từ vật khác, động lượng, P, của nó thay đổi với thời gian, t, theo định luật 2 Newton:

$\mathbf F = \frac{d\mathbf P}{dt}$

Do động lượng là đại lượng véctơ và sự thay đổi của động lượng theo thời gian cũng là đại lượng véctơ, lực được biểu diễn bằng véctơ. Hướng véctơ lực chỉ hướng tác dụng của lực, chính là hướng thay đổi của động lượng. Độ lớn véctơ lực chỉ cường độ của lực, chính là độ lớn thay đổi của động lượng. Có thể đặt gốc véctơ lực lên điểm chịu tác động.

Đơn vị đo lực trong hệ đo lường quốc tế là newton, viết tắt là N:

1 N = 1 kg m / s²

Mục lục

1 Cơ học cổ điển
- 1.1 Các loại lực cơ bản
2 Thống nhất lực
3 Áp lực
4 Trường lực
5 Công
6 Mở rộng lực
- 6.1 Mômen lực
- 6.2 Lực-4
7 Tham khảo
8 Liên kết ngoài

[sửa] Cơ học cổ điển

Trong cơ học cổ điển, các lực mà vật thể chịu tác động có thể không phụ thuộc vào hệ quy chiếu (ví dụ như lực chỉ phụ thuộc vào khoảng cách, một đại lượng không thay đổi khi hệ quy chiếu thay đổi) hoặc có phụ thuộc vào hệ quy chiếu (ví dụ như lực từ, phụ thuộc vào vận tốc các hạt mang điện).

Có thể phân loại lực ra làm hai theo tính chất tương đối của chúng. Các lực mà không phụ thuộc vào biến đổi hệ quy chiếu, hoặc không bao giờ biến mất dưới phép biến đổi hệ quy chiếu đều có thể quy về các lực cơ bản. Các lực mà phụ thuộc biến đổi hệ quy chiếu và luôn tìm được hệ quy chiếu (gọi là hệ quy chiếu quán tính) mà lực này biến mất gọi là lực quán tính.

Các ví dụ của lực quán tính là lực ly tâm hay lực Coriolis. Các mô hình vật lý hiện đại cho biết, trong tự nhiên, có bốn loại lực cơ bản là lực điện từ, lực yếu, lực mạnh và lực hấp dẫn. Mọi lực mà các thí nghiệm bắt gặp trong các hệ quy chiếu quán tính đều có thể quy về bốn loại lực này, khi xem xét chi tiết.

[sửa] Các loại lực cơ bản

Lực hấp dẫn hay tương tác hấp dẫn
Lực điện từ hay tương tác điện từ
Lực tương tác mạnh hay lực hạt nhân, tương tác mạnh
Lực tương tác yếu hay tương tác yếu

[sửa] Thống nhất lực

Mô hình của thuyết tương đối rộng thống nhất lực hấp dẫn thành một loại lực quán tính đặc biệt, và cả lực quán tính và lực hấp dẫn đều là hệ quả của độ cong của không-thời gian.

Ở các điều kiện vật lý thích hợp, ví dụ như điều kiện của vũ trụ ở gần thời điểm diễn ra Vụ Nổ Lớn, các mô hình vật lý hiện đại còn cho thấy lực điện từ và lực yếu là một loại.

[sửa] Áp lực

Lực ép vuông góc với mặt chịu lực gọi là áp lực. Theo nghĩa chung, cũng như khái niệm lực tổng quát, áp lực là đại lượng véc-tơ. Tuy nhiên vì đã xác định được phương (vuông góc với mặt chịu lực) và chiều (hướng vào mặt chịu lực) nên khi nói về áp lực, người ta có thể chỉ nói về độ lớn (cường độ).

[sửa] Trường lực

Lực tác động lên vật thể nằm trong một môi trường có thể tùy thuộc vào vị trí của vật thể (xem định luật vạn vật hấp dẫn Newton, định luật Coulomb, ...). Biểu diễn lực theo vị trí gọi là trường lực hay trường véctơ lực.

[sửa] Công

Xem chi tiết: Công cơ học

Khi lực tác động lên vật thể và vật thể di chuyển dưới tác động này, lực sinh ra một dạng năng lượng gọi là công cơ học. Do năng lượng bảo toàn, nguồn sinh ra lực sẽ mất bớt năng lượng nếu công sinh ra dương, hoặc thêm năng lượng, nếu công sinh ra âm.

Trong một trường lực mà công cơ học sinh ra khi vật di chuyển từ điểm A tới B không phụ thuộc vào đường đi cụ thể từ A đến B thì trường lực gọi là trường lực bảo toàn. Các ví dụ của lực bảo toàn là lực hấp dẫn, lực tĩnh điện. Ví dụ về lực không bảo toàn là lực ma sát.

[sửa] Mở rộng lực

Khái niệm lực cũng được mở rộng cho các bài toán chuyển động phi tịnh tiến hoặc cơ học phi cổ điển.

[sửa] Mômen lực

Trong chuyển động quay của cơ học cổ điển, lực được mở rộng thành mô men lực, thể hiện tác động gây ra sự quay quanh một điểm hoặc một trục của một vật thể. Khi có mô men lực, τ, mô men động lượng, L, thay đổi theo phương trình tương tự như định luật 2 Newton:

dL/dt = τ

Như vậy, nếu không có mô men lực tác động lên vật, mô men động lượng của vật thể sẽ không thay đổi theo thời gian. Đây là định luật bảo toàn mômen động lượng.

[sửa] Lực-4

Trong thuyết tương đối hẹp, khái niệm lực được mở rộng thành lực-4, song song với việc mở rộng khái niệm đạo hàm riêng theo thời gian và khái niệm động lượng cho không-thời gian.

Lực-4 có thể định nghĩa từ định luật 2 Newton mở rộng cho không thời gian. Cụ thể lực-4 F^a tác động vào vật có khối lượng nghỉ m₀ gây ra gia tốc-4 A^a là:

$F^a := m_0 A^a = \left(\gamma \dot{m} c, \gamma \mathbf{f} \right)$