Kiểm Nghiệm Định Luật Bảo Toàn Động Lượng Bằng Phương Pháp Xử Lý Ảnh.docx

Teân ñeà taøi XAÂY DÖÏNG BOÅ SUNG CHO 9 BAØI THÍ NGHIEÄM VAÄT LYÙ ÑAÏI CÖÔNG 1 LỜICẢMƠN Chúngtôixingửiđếncácbạnđồngnghiệplờicảmơnsâusắcvìđãcốvấnvàgiúpđỡchúngtôi trongquátrìnhthựchiệnđềtàinày MỤCLỤC LỜ[.]

1 LỜICẢMƠN Chúngtơixingửiđếncácbạnđồngnghiệplờicảmơnsâusắcvìđãcốvấnvàgiúpđỡchúngtơi trongqtrìnhthựchiệnđềtàinày MỤCLỤC LỜICẢMƠN -1 MỤCLỤC -2 PHẦNMỞĐẦU Đặtvấnđề Mụctiêuvàphạmvinghiêncứu 3 Nộidungvàphươngphươngphápnghiêncứu CHƢƠNG1TỔNGQUAN 1.1 Độnglượngcủamộtchấtđiểm .5 1.1.1 Địnhnghĩavàýnghĩavậtlý 1.1.2 Địnhlý 1.1.3 Hệquả 1.2 Độnglượngcủamộthệchấtđiểm 1.2.1 KhốitâmCcủamộthệchấtđiểm 1.2.2 Độnglượngcủamộthệchấtđiểm .7 1.2.3 Địnhluậtbảotoànđộnglượngcủamộthệchấtđiểm 1.3 Cácthídụvachạmkinhđiển 1.4 Ánhsángvàmàusắc 10 1.4.1 HệthốngmàuRGB 10 1.4.2 HệthốngmàuHSI 12 1.5 Cáchệthốngxửlýảnhnghiệmđịnhluậtbảotoànđộnglượng 13 CHƢƠNG2T H Ự C NGHIỆM,KẾTQUẢVÀBÀNLUẬN 15 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 Dụngcụvàthiếtbị .15 Xâydựngthuậttốnchochươngtrình 17 Visualstudio2010 .19 Giaodiệncủachươngtrình 22 Thựcnghiệmvàkếtquả .23 Bànluận 25 CHƢƠNG3KẾTLUẬN -26 TÀILIỆUTHAMKHẢO 27 PHỤLỤC 28 PHẦNMỞĐẦU Đặtvấnđề Địnhluậtbảotoànđộnglượnglàmộtnúttrongchuỗicácđịnhluậtbảotoànquantrọngtron gvậtlý.Nóchobiếtmộtcáchđịnhlượngsựtruyềnchuyểnđộngtrongqtrìnhtươngtácg iữacácvật.Địnhluậtbảotồnđộnglượngphátbiểunhưs a u : “Trongmộthệchấtđiểmcơlậ p,tổngđộnglượngcủahệchấtđiểmkhơngđổi” N  p  const i1 i Cónhiềuphươngphápkiểmnghiệmđịnhluậtnàynhư:sửdụngthìkếđiệntửk ế t hợpv ớicáccảmbiếnvịtrí.Khuyếtđiểmcủacácp h n g phápnàylàkhônghiểnthịtrựctiếpđ ộnglượngcủac c vật.Ở đây,chúngtôiđềnghịmộtp h n g p h p mớikiểmnghiệmđịnh luậtnàybằngxửlýảnh.Phươngphápnàysẽdùngmáytínhvàwebcamđểghinhậnqtrìnhch uyểnđộng.Sauđódùngcáckỹthuậtxửlýảnhtínhtốnvậntốcvàđộnglượngcủahaiđộngtử,h iểnthịkếtquảlênmáytính.Ư u điểmcủaphươngphápmớilàsửdụngcácthiếtbịđơngiảnvàr ấtphổbiến,chok ế t quảrõràngvàdễsửdụng Mụctiêuvàphạmvinghiêncứu Mụctiêucủađềtàilàsửdụngmộtwebcamthunhậnảnhqtrìnhchuyểnđộngcủacácđộn gtử.Xácđịnhvịtríquamàusắccủacáclácờđượcgắntrêncácđộngtử.Từđótínhđượcvậntốc chuyểnđộng: s v  t Trongđó:  v:vậntốc  s:quãngđường  t:thờigianthựchiện Phầnthửnghiệmvàđánhgiákếtquả:sosánhkếtquảvớiphươngphápcũ Nộidungvàphƣơngphápnghiêncứu Nộidungnghiêncứu:  TìmhiểuMicrosoftVisualStudio2010  Nghiêncứugiảithuậtxửlýảnhđểđovậntốccủacácđộngtử.Từđósuyrađộnglượng  Thửnghiệmkếtquảtrênmơhìnhthínghiệm  Tổnghợpvàbáocáokếtquả Phươngphápnghiêncứu:  Tưduykếthợpthựcnghiệm CHƢƠNG1 1.1 TỔNGQUAN Độnglƣợngcủamộtchấtđiểm 1.1.1 Địnhnghĩavàýnghĩavậtlý 1.1.1.1 Địnhnghĩa   p mv        hay ppx i py jpz k mvx  i mvy j mvz k Trongđó:  p làđộnglượngcủachấtđiểm,đơnvịSIlà[kg.m/s];cịn (1.1a) px,py ,pz làba độlớnđạis ố ( h a y thànhphần)củađộnglượngc h ấ t điểmt h e o bahướng    i,j,k vnggócnhau mlàkhốilượngcủachấtđiểm,đơnvịSIlà[kg]  v làvậntốccủachấtđiểm,đơnvịSIlà[m/s] 1.1.1.2 Ýnghĩavậtlý:L mộtđạilượngvéctơđ ặ c trưngc h o s ự truyềnc h u y ể n độngkhitươngtác,có: — Phươnglàphươngcủavậntốc; — Hướnglàhướngcủavậntốc; — Độlớn: p hay p p pxyz (1.1b) pmv (1.1c) — Điểmđặtlàtạichấtđiểm 1.1.2 Địnhlý   dp, F nghĩalà“Tốcđộ thayđổiđộnglượngcủachấtđiểmtỉlệthuận dt vớihợplựctácdụnglênchấtđiểmvàcóhướnglàhướngcủahợplựcnày.” (1.2) Ghichú: Dẫnra(1.2),bằngcáchlấyviphânhaivế(1.1a)theothờigianvàkết hợpvới  dp dmv  Fma ,nhậnđư  ợc: dt  dt dm vma.Tron vmd  g dm v dt dt dt đó:sốhạngthứhaiởvếphảicóthứnguyênlàlực(kg.m/ s =N),cịnsốhạngth ứ nhấtcũngcóthứnguncủalực(kg/s.m/s=kg.m/ dp s =N),dẫnđếnvếphảic ó thứngunlàlựcvà F dt Phươngtrình(1.2)làđịnhluậtNewtonthứhaitổngqtchochuyển độngcủamộtchấtđiểmmàNewtonđãphátbiểu.Thậtvậy,chúngtacóthể  đưa(1.2)về F  ma nhưsau: d mv dv dm m Fdp  dt dt dt dt Fma,kếtquảnàyđượcsửdụng nếukhốilượngcủachấtđiểmkhơngđổitrongqtrìnhchuyểnđộng 1.1.3 Hệquả 1.1.3.1 Hệquả1 t pp0Fdt,nghĩalà“Độbiếnthiêncủađộnglượngcủachấtđiểmtỉ lệ t0 vớixunglựctácdụnglênchấtđiểmtrongthờikhoảngbiếnthiênnày.” (1.3) 1.1.3.2 Hệquả2  Nếu F  0 pConst,nghĩalàđộnglượngcủachấtđiểmđượcbảo tồn 1.2 (1.4) Độnglƣợngcủamộthệchấtđiểm 1.2.1 KhốitâmCcủamộthệchấtđiểm —Đ ố i vớihệphânbốrờirạctrongmặtphẳngtọađộxy(mặttờgiấy): N   m i ri RC N  my  i i  m i xi   i 1 RC  i1   N  M ;i1 M     (1.5a) M   Trongđó: N làtổngkhốilượnghệ; M m i1 i RClàvéctơvịtrícủakhốitâmC;  rilàvéctơvịtrícủachấtđiểmthứicókhốilượngmi — Đốivớihệphânbốliêntụcmặtphẳngtọađộxy(mặttờgiấy):  r dm (Hệ) RC  M    ydm (Heä)  (Heä) xdm   ; RC  (1.5b) Trongđó: M  dm (Hệ)  M   M    làtổngkhốilượngvậtrắn; RClàvéctơvịtrícủakhốitâmC;  r làvéctơvịtrícủachấtđiểmcókhốilượngnguntốdm 1.2.2 Độnglƣợngcủamộthệchấtđiểm — VậntốccủakhốitâmCđượcsuytừphươngtrình(1.5): N  V  dRC C mivi  i 1 dt M (Chohệchấtđiểm) (1.6a)  vdm (Heä)  V  dRC C dt M (Chovậtrắn) (1.6b) — ĐộnglượngcủakhốitâmCđ ợ c suytừphươ ng trình(1.6),cũngl độnglượngcủ amộthệchấtđiểm: N (1.7) PC   pi i1 Trongđó: PC M làđộnglượngkhốitâmCcủahệchũngchínhlàtổngđộnglượng VC củacácchấtđiểmtronghệ,[kg.m/s] (1.8) pi làđộnglượngcủachấtđiểmthứitronghệ,[kg.m/s].(1.9) mivi 1.2.3 Địnhluậtbảotồnđộnglƣợngcủamộthệchấtđiểm — GiatốccủakhốitâmCđượcsuytừphươngtrình(1.6): N  A d miai VC C (Chohệchấtđiểm) (1.10a) i 1 M adm dt  dV A  C  (Heä) C (Cho vậtrắn) (1.10b) dt M — PhươngtrìnhđộnglựchọcchokhốitâmCcủamộthệchấtđiểm,đượcsuyr a từphương trình(1.10)là FC MAC (1.11) Trongđó: N làtổngcáckhốilượngmicủamỗichấtđiểmcấuthànhhệ,[kg] M m i1 i AClàgiatốckhốitâmCcủahệ,[m/s] FClàhợplựcđặttạikhốitâmCcủahệ,[N] — Bâygiờ,dẫnraphươngtrìnhđộnglựchọcchokhốitâmCdướidạngđộnglượngmà dựavàođódẫnrađịnhluậtbảotồnđộnglượngchokhốitâmC,nhưc c h thứcdẫnra(1.4 )từ(1.2).Nếukhốilượngcủahệkhơngđổi,đượcgọilà“hệkín”thìtừphươngtrình(1.11)và (1.8),suyra: dP , F  C C (1.12) dt FClàhợplựcđặttạikhốitâmCcủahệ — Từđây,nhậnthấyrằng:nếuhợplựctácdụnglênkhốitâmCcủamộthệchấtđiểmbằngk hơng,đượcgọi“hệcơlập”thì PC Co nst (1.13) ĐâylàđịnhluậtbảotồnđộnglượngchokhốitâmCcủahệ.Đếnđây,chúngtas ắ p đạtđư ợcmụctiêulàđịnhluậtbảotồnđộnglượngchohệ,nếulưđến( ) và(1.9)thìphư ơngtrình(1.13)đượcviếtlạinhưsau: N N  pi Con st hay (1.14) m v  i i Const i1 i Phươngtrình(1.14)đượcphátbiểunhưsau:“Trongmộthệkín(khốilượnghệkhơngđổi )vàcơlập(tổngngoạilựctácdụnglênhệbằngkhơng), tổngđộnglượngcủacácchấtđi ểmtronghệkhơngđổi”.Đâychínhlàđịnhluậtbảotồnđộnglượngcủamộth ệ chấtđiểm ,mộtđịnhluậttổngqthơnsovớicơhọcNewton,đúngchocảđiệntửvàcácchấtđiểmdư ớinguntửthườngdễđạttốcđ ộgầntốcđộcủấnhsángtrongchânkhơng Ghichú:Vìphươngtrình(1.12)làmộtphươngtrìnhvéctơ,tươngđươngvớibaphươngt rìnhvơhướngtheobaphươngcủahệtrụctọađộvnggóc,nênlựct c dụngtheophương nàobằngkhơngthìđộnglượngcủahệchỉbảotồntheomộtphươngđóvàhaiphươngcịnl ạiđộnglượngcủahệkhơngđượcbảotồn 1.3 Cácthídụvachạmkinhđiển — Thídụ1.Mỗiviênđạncókhốilượngm=3,8gđượcbắntheophươngnằmngangvớitốcđộv= 1100m/ svàomộtkhốigỗlớncókhốilượngM=12kgnằmntrênmộtmặtphẳngkhơngmasát.Nếuk hốigỗnhậntámviênđạnthìtốcđộkhốigỗbằngbaonhiêu? Hình1.1 Giải  Chọngốct ọ a đ ộ x tạikhốitâmkhốig ỗ khinằmyêntrênmặtphẳng,hướngdươngtrụcxl àchiềuchuyểnđộngcủaviênđạn,xemhìnhbên  Vìlựcxuấthiệnkhicácviênchạmvàokhốigỗlànộilựcvàkhơngcóngoạilựct c dụngvà ohệnênchúngtấpdụngphươngtrình(1.14)chohệgồmtámviênđạnvàkhốigỗtrongtrường hợpchuyểnđộngmộtchiềutheophươngx: npDpG pnDG,vớin=8làsốviênđạnghimvàokhốigỗ,Dkýhiệuđạn,Gkýh iệukhốigỗ npDx hay npD pG   pnDG  pGxpnDGx