zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Bài giảng Vật lí đại cương A: Chương 3 - Nguyễn Tiến Hiển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Vật lí đại cương A - Chương 3 Động lực học, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Lực và khối lượng; Các định luật Niu tơn; Động lượng; Chuyển động của vật rắn; Mô men quán tính;.. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật lí đại cương A: Chương 3 - Nguyễn Tiến Hiển

Chương 3 Động lực học Nguyễn Tiến Hiển - Bộ môn Vật lý Email: nguyentienhien@vnua.edu.vn Webpage: http://fita.vnua.edu.vn/nthien/
1. Lực và khối lượng  Lực và khối lượng là hai yếu tố quan trọng nhất trong các định luật của Newton và trong vật lý.  Lực: o Là đại lượng vật lý đặc trưng cho sự tương tác giữa các vật. Kết quả là làm cho vật bị biến dạng hoặc làm cho vật thay đổi trạng thái chuyển động. o Đặc trưng của lực:  Là một đại lượng véc tơ  Véc tơ lực có gốc là điểm đặt của lực  Véc tơ lực có phương, chiều là phương và chiều của tương tác  Độ lớn là cường độ của lực o Trong cơ học người ta chia lực ra làm hai loại: lực tương tác trực tiếp (gây ra do các vật tiếp xúc trực tiếp với nhau như áp lực, lực ma sát..) và lực tương tác gián tiếp (gây ra do vật tác dụng lên vật khác thông qua trường của nó).
1. Lực và khối lượng  Lực và khối lượng là hai yếu tố quan trọng nhất trong các định luật của Newton và trong vật lý.  Khối lượng o Là thước đo về số lượng vật chất chứa trong vật thể. o Đặc trưng cho mức độ vật đó hấp dẫn các vật thể khác. o Là một đại lượng vật lý đặc trưng cho mức quán tính của vật đó. o Thực nghiêm cũng chứng tỏ rằng, mỗi vật đều chống lại bất kỳ một cố gắng nào làm thay đổi trạng thái chuyển động của nó, tức làm thay đổi vectơ vận tốc của nó về độ lớn hoặc phương chiều hoặc cả hai. Tính chất bảo tồn trạng thái chuyển động của vật được gọi là quán tính của vật. Đại lượng đặc trưng cho quán tính của vật gọi là khối lượng quán tính (hay khối lượng) của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì quán tính càng lớn nghĩa là càng khó thay đổi trạng thái chuyển động
2. Các định luật Niu tơn  Định luật 1 o “Một chất điểm đang đứng yên hay chuyển động thẳng đều sẽ tiếp tục đứng yên hay chuyển động thẳng đều mãi mãi nếu không có lực nào tác động lên nó” o HOẶC “Chất điểm cô lập bảo toàn trạng thái chuyển động của nó trong hệ quy chiếu quán tính” o Tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động của vật gọi là “quán tính” ==> “Định luật quán tính” o Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu mà trong đó chuyển động của vật tự do (vật không chịu tác động của lực nào) là chuyển động thẳng đều
2. Các định luật Niu tơn  Định luật 2 o Phát biểu định luật: “Trong một hệ quy chiếu quán tính, véc tơ gia tốc của 1 chất điểm chuyển động tỷ lệ thuận với lực tác dụng và tỷ lệ nghịch với khối lượng của chất điểm”    o Phương trình cơ bản của động lực học   
2. Các định luật Niu tơn  Định luật 3 o “Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá trị, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều gọi là cặp lực trực đối.”    
2. Các định luật Niu tơn  Ví dụ 1: Bê tông bọt là chất được thiết kế để dừng máy bay đã trượt ra khỏi đường băng mà không gây thương tích cho hành khách. Nó đủ vững chắc để đỡ một chiếc ô tô, nhưng nó sẽ vỡ vụn dưới trọng lượng lớn của một chiếc máy bay. Khi vỡ vụn, bọt bê tông làm chậm máy bay cho đến khi dừng lại một cách an toàn. Giả sử một chiếc máy bay 747 có khối lượng 1,75×105 kg và tốc độ ban đầu là 26,8 m/s bị dừng lại sau khi trượt ra khỏi đường bang một đoạn 122 m. Hỏi độ lớn của lực hãm mà bọt bê tông đã tác dụng lên máy bay bằng bao nhiêu. Đường băng Bọt bê tông
2. Các định luật Niu tơn  Ví dụ 1: Giả sử một chiếc máy bay 747 có khối lượng 1,75×105 kg và tốc độ ban đầu là 26,8 m/s bị dừng lại sau khi trượt ra khỏi đường băng một đoạn 122 m. Hỏi độ lớn của lực hãm mà bọt bê tông đã tác dụng lên máy bay bằng bao nhiêu. Đường băng Bọt bê tông  Đáp án o Lực hãm: Áp dụng định luật 2 của Niu tơn F = ma (𝑚 đã biết, ta phải tìm 𝑎) 2 o Máy báy 𝑣0 = 26,8 𝑚/𝑠, 𝑠 = 122𝑚, 𝑣 = 0𝑚/𝑠: Áp dụng pt 𝑣 2 − 𝑣0 = 2𝑎𝑠, ta suy ra 2 𝑎 = (𝑣 2 −𝑣0 )/(2𝑠) = (0 − 26,82 )/(2 × 122) = −2,94 𝑚/𝑠 2 Vậy, lực cản tác dụng lên máy bay bằng 5 𝑘𝑔 × −2,94 𝑚 𝐹 = 𝑚𝑎 = 1,75 × 10 = −5,145 × 105 (𝑁) 𝑠2 Dấu trừ (−) thể hiện việc máy bay chịu tác dụng của một lực hãm làm nó chuyển động chậm lại
2. Các định luật Niu tơn  Ví dụ 2: Hai nhóm người đi ca nô gặp nhau ở giữa một hồ nước. Sau một thời gian ngắn thăm hỏi, một người ở ca nô 1 đẩy ca nô 2 với một lực 46 N để tách ca nô ra. Khối lượng của ca nô 1 và những người ngồi trong nó là m1 = 150 kg, khối lượng của ca nô 2 và những người ngồi trên nó là m2 = 250 kg. o a. Tìm gia tốc của mỗi ca nô. o b. Khoảng cách giữa hai ca nô sau khi đẩy được 1,2 s?
2. Các định luật Niu tơn  Ví dụ 2: Đáp án o Gọi F2 là lực do một người ngồi trên Cano số 1 đẩy cano số 2 o Theo định luật 3 của Niu tơn, cano 2 Phản tác dụng lại một lực (F1) có độ lớn Đúng bằng F2 nhưng ngược chiều o Giả thiết chiều dương hướng từ trái Sang phải (hình vẽ) F1 mang dấu âm, F2 mang dấu dương o Áp dụng định luật 2 của Niu tơn ta tìm được gia tốc của hai cano 𝐹1 −46𝑁 𝑎1 = = = −0,306𝑚/𝑠 2 𝑚1 150𝑘𝑔 𝐹2 46𝑁 𝑎2 = = = 0,184𝑚/𝑠 2 𝑚2 250𝑘𝑔
2. Các định luật Niu tơn  Ví dụ 2: Đáp án 𝐹1 −46𝑁 o 𝑎1 = = = −0,306𝑚/𝑠 2 𝑚1 150𝑘𝑔 𝐹2 46𝑁 o 𝑎2 = = = 0,184𝑚/𝑠 2 𝑚2 250𝑘𝑔 o Khi một người trên cano 1 đẩy cano 2 Một lực 46 N, cả hai cano sẽ chuyển động Với gia tốc không đổi theo hai hướng Ngược nhau so với gốc tọa độ (giả thiết Ban đầu cả hai cano đều nằm ở gốc tọa độ) o Phương trình tọa độ cho hai cano 1 2 1 𝑚 𝑥1 = 𝑎1 𝑡 = × −0,306 𝑡 2 = −0,153𝑡 2 2 2 𝑠2 1 1 2 = × 0,184 𝑚 2 𝑥2 = 𝑎2 𝑡 𝑡 = 0,092 𝑡 2 2 2 𝑠2
2. Các định luật Niu tơn  Ví dụ 2: Đáp án o Phương trình tọa độ cho hai cano 1 1 𝑚 2 𝑥1 = 𝑎1 𝑡 = × −0,306 2 𝑡 = −0,153𝑡 2 2 2 2 𝑠 1 1 𝑚 2 𝑥2 = 𝑎2 𝑡 = × 0,184 2 𝑡 = 0,092 𝑡 2 2 2 2 𝑠 o Vậy tọa độ của hai cano ở thời điểm t = 1,2 s là 𝑥1 = −0,153 × 1,22 = −0,153 × 1,44 = −0,22032𝑚 𝑥2 = 0,092 × 1,22 = 0,092 × 1,44 = 0,13248𝑚 o Vậy khoảng cách giữa hai cano sau 1,2 giây là Δ𝑥 = 𝑥2 − 𝑥1 = 0,13248 − −0,22032 = 0,3528𝑚
3. Động lượng  Động lượng o “Là một đại lượng véc tơ được xác định bằng tích của khối lượng và véc tơ vận tốc của vật”.    o Đơn vị đo: ki lô gam mét trên giây (𝑘𝑔 ⋅ 𝑚/𝑠)  Định lý về động lượng o Định lý 1: từ định luật 2 của Niu tơn    𝑑𝑣 o Ta thay Ԧ = 𝑎 vào phương trình này và nhận được 𝑑𝑡               o Vậy “Đạo hàm của véc tơ động lượng theo thời gian có giá trị bằng tổng hợp các lực tác dụng lên vật”
3. Động lượng  Định lý về động lượng o Định lý 2: từ định lý 1 đối với động lượng ta suy ra    o Lấy tích phân hai vế ta được       Ԧ 𝑝 o Vế trái ‫׬‬Ԧ 2 𝑑 Ԧ = Ԧ2 − Ԧ1 = Δ Ԧ là độ biến thiên của động lượng của vật. 𝑝 𝑝 𝑝 𝑝 𝑝 1 𝑡 o Vế phải ‫ 2 𝑡׬‬Ԧ được gọi là xung lượng của lực Ԧ trong khoảng thời gian từ thời điểm 𝑡1 𝐹𝑑𝑡 𝐹 1 đến thời điểm 𝑡2 . Tích phân này mô tả tác dụng của lực Ԧ trong khoảng thời gian Δ𝑡 = 𝐹 𝑡2 − 𝑡1 .      o Vậy “Độ biến thiên động lượng của 1 chất điểm trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng hợp các ngoại lực tác dụng lên chất điểm trong khoảng thời gian đó”
3. Động lượng  Định luật bảo toàn động lượng o Trường hợp đơn giản nhất: Hệ cô lập gồm hai vật tương tác với nhau, theo định luật 3 của Niu tơn tổng đại số lực tương tác giữa hai vật bằng 0, nghĩa là                    o Trường hợp tổng quát: Hệ gồm 𝑛 chất điểm cô lập hoặc chịu tác dụng của các ngoại lực Ԧ1 , Ԧ2 , … , Ԧ 𝑛 nhưng tổng hợp các ngoại lực bằng 0 ( Ԧ1 + Ԧ2 + ⋯ + Ԧ 𝑛 = 0), khi đó tổng 𝐹 𝐹 𝐹 𝐹 𝐹 𝐹 động lượng của hệ là một đại lượng bảo toàn      
3. Động lượng  Ví dụ 3: Vật 1 có khối lượng 1 kg thì chịu tác dụng của lực 100 N. Vật 2 có khối lượng 100 kg và cũng chịu tác dụng của lực 100 N. Hỏi o a. Sự thay đổi động lượng của vật 1 hay vật 2 lớn hơn hay bằng nhau đối với hai vật? Giải thích. o b. Trong 1 giây, sự thay đổi vận tốc trong một giây của vật 1 là lớn hơn đối với đối tượng 2 hay là như nhau? Giải thích.  Đáp án o a. Sự thay đổi động lượng của hai vật là như nhau bởi vì lực tác dụng lên chúng giống nhau (định luật 1 đối với động lượng). o b. Sự thay đổi vận tốc càng lớn đối với vật có khối lượng càng nhỏ (vì động lượng là tích của khối lượng và vận tốc). Vì vậy sự thay đổi vận tốc của vật 1 trong 1 giây lớn hơn vật 2
4. Chuyển động của vật rắn  Vật rắn là một hệ chất điểm trong đó khoảng cách giữa các chất điểm luôn giữ nguyên không đổi”.  Chuyển động của vật rắn = chuyển động tịnh tiến + chuyển động quay.  Chuyển động tịnh tiến o “Chuyển động tịnh tiến là chuyển động mà đường thẳng nối hai chất điểm bất kỳ luôn song song với chính nó” o Khi một vật chuyển động tịnh tiến, mọi chất điểm của nó chuyển động theo những quỹ đạo giống nhau. Các chất điểm có cùng một vận tốc và gia tốc.                            
4. Chuyển động của vật rắn  Chuyển động quay o Mọi điểm trên vật rắn vạch ra những quỹ đạo tròn đồng trục Δ. Những vòng tròn này nằm trong họ các mặt phẳng vuông góc với trục quay, có tâm nằm trên trục quay. o Với cùng một khoảng thời gian, mọi điểm đều quay được cùng một góc θ. Tại cùng một thời điểm, chất điểm có cùng vận tốc góc ω và gia tốc góc β
4. Chuyển động của vật rắn  Mômen lực o Giả thiết có lực Ԧ tác dụng lên vật rắn. 𝐹 o Phân tích lực Ԧ ra làm ba thành phần Ԧ// , Ԧ 𝑛 , Ԧ 𝑡 𝐹 𝐹 𝐹 𝐹        o Lực Ԧ// không làm vật rắn chuyển động quay mà chỉ 𝐹 trượt dọc trục quay o Lực Ԧ 𝑛 cũng không làm vật rắn chuyển động quay mà 𝐹 di dời trục quay dang một trục quay khác o Chỉ có lực Ԧ 𝑡 gây ra chuyển động quay 𝐹 o Mô men lực      o Độ lớn     
4. Chuyển động của vật rắn  Phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn o Áp dụng định luật 2 Newton áp dụng cho chuyển động quay của vật rắn: ta thu được phương trình   o Trong đó  M là mô men lực tác dụng lên vật rắn.  I là mô men quán tính của vật rắn.  𝛽 là gia tốc góc của vật rắn trong chuyển động quay o “Gia tốc góc trong chuyển động quay của vật rắn xung quanh một trục tỉ lệ thuận với tổng hợp mô men ngoại lực và tỉ lệ nghịch với mô men quán tính của vật đối với cùng trục quay”

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.