Vật lý đại cương tập 1cơ nhiệt

B GIÁO D C VÀ ÀO T O I H C CÔNG NGH VÂT LÝ TP.HCM AI C T P 1: C NG T Biên so n: TS Tr n Ng c TS Nguy n V n Thu n ThS Ph m Qu c Huy ThS Nguy n Quang Vinh Website: http://www.hutech.edu.vn V T LÝ IC n b n 2013 NG-T P 1: C T M CL C I M CL C M C L C I H NG D N VI BÀI 0: M U 0.1 IT NG VÀ PH NG PHÁP NGHIÊN C U C A V T LÝ H C 0.2 VAI TRÒ C A KHOA H C V T LÝ I V I CU C S NG 0.3 V T LÝ IC NG .3 0.4 CÁC AI L NG VÂT LÝ VÀ HÊ N VI SI 0.5 B TÚC KI N TH C TOÁN 0.5.1 Khái ni m vect .5 0.5.2 T a c a vect 0.5.3 T ng vect 0.5.4 Hi u c a hai vect 0.5.5 Nhân vect v i m t s th c 0.5.6 Tích vơ h ng c a vect .9 0.5.7 Tích h u h ng c a vect 11 0.5.8 o hàm m t vect theo th i gian 12 0.5.9 H tr c t a Descartes 13 CÂU H I ÔN TÂP 14 BÀI 1: NG H C CH T I M 15 1.1 CÁC KHÁI NI M C B N V CHUY N NG 15 1.1.1 Chuy n ng, ch t i m 15 1.1.2 Qu o, quãng ng d i 16 1.1.3 H qui chi u, ph ng trình chuy n ng, ph ng trình qu o 17 1.2 T C VÀ V N T C 18 1.2.1 T c trung bình v n t c trung bình 18 1.2.2 T c t c th i v n t c t c th i 21 1.2.3 Bi u th c gi i tích c a vect v n t c h t a Descartes 22 1.2.4 Quãng ng v t i 23 1.3 GIA T C 23 1.3.1 nh ngh a 23 1.3.2 Bi u th c gi i tích c a vect gia t c 24 1.3.3 Gia t c ti p n gia t c pháp n 24 1.4 CHUY N NG TH NG 27 1.4.1 Chuy n ng th ng u 28 1.4.2 Chuy n ng th ng bi n i u 30 1.4.3 R i t 31 1.4.4 Chuy n ng ném ng 32 1.5 CHUY N NG TRÒN 33 1.5.1 T a 1.5.2 T c góc, v n t c góc 34 1.5.3 Gia t c góc 37 1.5.4 Các ph ng trình c a chuy n ng trịn bi n i 38 1.5.5 Chuy n ng tròn u 39 1.5.6 Chuy n ng tròn bi n i u 40 1.6 CHUY N NG CONG TRONG M T PH NG 41 1.6.1 Chuy n ng ném ngang 41 1.6.2 Chuy n ng ném xiên 43 TÓM T T 46 II M CL C CÂU H I TR C NGHIÊM 50 BÀI 2: NG L C H C CH T I M 57 2.1 CÁC KHÁI NI M C B N 57 2.1.1 Khái ni m v l c 57 2.1.2 Khái ni m v kh i l ng 58 2.2 CÁC NH LU T NEWTON 58 2.2.1 nh lu t Newton th I h qui chi u quán tính 58 2.2.2 nh lu t Newton th II 59 2.2.3 nh lu t Newton th III 59 2.2.4 Ph ng trình c b n c a ng l c h c ch t i m 59 2.3 MÔT S L C TRONG C H C 60 2.3.1 L c h p d ng l c 60 2.3.2 L c àn h i 62 2.3.3 L c ma sát 64 2.4 PH NG PHÁP NG L C H C 68 2.5 NG L NG 72 2.5.1 nh ngh a ng l ng 72 2.5.2 Các nh lí v ng l ng 72 2.5.3 Ý ngh a c a ng l ng xung l ng 73 2.6 MÔMEN NG L NG 74 2.6.1 nh ngh a mômen ng l ng 74 2.6.2 nh lí v mơmen ng l ng 75 2.6.3 Mômen ng l ng chuy n ng tròn 76 2.7 NGUYÊN LÝ T NG I GALILÉE 77 2.7.1 Không gian th i gian c h c c i n 77 2.7.2 T ng h p v n t c, gia t c theo quan i m c i n 78 2.7.3 Nguyên lý t ng i Galilée 80 2.8 L C QUÁN TÍNH 80 2.8.1 Bi u th c c a l c quán tính 80 2.8.2 Hi n t ng t ng gi m tr ng l ng bi u ki n 81 2.8.3 L c quán tính ly tâm 82 2.8.4 L c quán tính Coriolis 84 TÓM T T 85 CÂU H I TR C NGHIÊM 89 BÀI 3: NG H C VÀ NG L C H C V T R N (1) 96 3.1 KH I TÂM C A H CH T I M, V T R N 96 3.1.1 Khái ni m v h ch t i m, v t r n 96 3.1.2 Tr ng tâm, kh i tâm c a h ch t i m, v t r n 98 3.1.3 To c a kh i tâm 99 3.2 CHUY N NG C A V T R N 104 3.2.1 Chuy n ng t nh ti n 104 3.2.2 Chuy n ng quay quanh m t tr c c nh 105 3.2.3 Chuy n ng ph c t p c a v t r n 106 TÓM T T 108 CÂU H I TR C NGHIÊM 110 BÀI 4: NG H C VÀ NG L C H C V T R N (2) 113 4.1 NH LU T B O TOÀN NG L NG 113 4.1.1 ng l ng c a h ch t i m 113 4.1.2 nh lu t b o toàn ng l ng 115 4.1.3 Hi n t ng súng gi t 117 4.1.4 Nguyên lí chuy n ng c a tên l a 117 4.2 NH LU T B O TỒN MƠMEN NG L NG 119 M CL C III 4.2.1 Mômen ng l ng c a h ch t i m 119 4.2.2 nh lý v mômen ng l ng 119 4.2.3 nh lu t b o toàn mômen ng l ng 120 4.3 PH NG TRÌNH NG L C H C V T R N 120 4.3.1 Ph ng trình ng l c h c cho chuy n ng t nh ti n 120 4.3.2 Ph ng trình ng l c h c c a v t r n quay quanh tr c c nh 121 4.3.3 ng l c h c c a chuy n ng l n 122 4.4 MƠMEN QN TÍNH, MƠMEN QUAY 125 4.4.1 nh ngh a mơmen qn tính 125 4.4.2 Mơmen qn tính c a m t s v t r n ng ch t, kh i l ng phân b u i v i tr c quay qua kh i tâm 127 4.4.3 nh lí Huygens 4.4.4 Mơmen quay 131 4.5 GI I BÀI TOÁN NG L C H C V T R N 133 4.6 CON L C V T LÝ 138 TÓM T T 140 CÂU H I TR C NGHIÊM 142 BÀI 5: CÔNG VÀ N NG L NG 145 5.1 CÔNG 145 5.1.1 nh ngh a 145 5.1.2 Công c a l c ma sát 146 5.1.3 Công c a l c àn h i 147 5.1.4 Công c a l c h p d n 148 5.1.5 Công c a l c chuy n ng quay 150 5.2 CÔNG SU T 150 5.3 N NG L NG 152 5.3.1 Khái ni m n ng l ng 152 5.3.2 nh lu t b o toàn n ng l ng 152 5.3.3 Ý ngh a c a nh lu t b o toàn n ng l ng 152 5.3.4 Quan h gi a n ng l ng công 153 5.3.5 Hi u su t c a máy 153 5.4 NG N NG 154 5.4.1 nh ngh a ng n ng 154 5.4.2 nh lý v ng n ng 155 5.5 TH N NG 156 5.5.1 Khái ni m th n ng 156 5.5.2 Quan h gi a th n ng l c th 156 5.5.3 Th n ng c a l c àn h i 158 5.5.4 Th n ng c a l c h p d n 159 5.5.5 Th n ng c a tr ng l c 159 5.6 NH LU T B O TOÀN C N NG 160 5.6.1 C n ng nh lí bi n thiên c n ng 160 5.6.2 nh lu t b o toàn c n ng tr ng l c th 161 5.7 GI I BÀI TOÁN B NG PH NG PHÁP N NG L NG 162 5.8 VA CH M 165 5.8.1 Khái ni m v va ch m 165 5.8.2 Phân lo i va ch m 165 5.8.3 Các nh lu t b o toàn va ch m 166 5.8.4 Kh o sát va ch m àn h i 166 5.8.5 Kh o sát va ch m m m 168 5.9 CHUY N NG TRONG TR NG H P D N 170 5.9.1 Chuy n ng c a v tinh quanh Trái t 170 5.9.2 Chuy n ng c a M t Tr ng quanh Trái n t ng Th y tri u 171 5.9.3 Các nh lu t Kepler 173 IV M CL C TÓM T T 174 CÂU H I TR C NGHIÊM 178 BÀI 6: CH T KHÍ 184 6.1 CÁC KHÁI NI M M U 184 6.1.1 Nhi t h c, nhi t ng h c 184 6.1.2 Áp su t c a khí 185 6.1.3 Nhi t , s cân b ng nhi t, nhi t giai 186 6.2 THUY T NG H C PHÂN T CH T KHÍ 188 6.2.1 N i dung c b n c a thuy t ng h c phân t ch t khí 188 6.2.2 Khí lý t ng 188 6.2.3 Ph ng trình c b n c a thuy t ng h c phân t ch t khí 189 6.3 PH NG TRÌNH TR NG THÁI KHÍ LÝ T NG 192 6.4 GI I THÍCH CÁC NH LU T TH C NGHI M V CH T KHÍ 193 6.4.1 nh lu riotte 193 6.4.2 nh lu t Gay Lussac 194 6.4.3 nh lu t Charles 194 6.4.4 nh lu t Dalton 195 6.5 PH NG TRÌNH TR NG THÁI C A KHÍ TH C 196 TÓM T T 197 CÂU H I TR C NGHIÊM 200 BÀI 7: NGUYÊN LÝ I NHI T NG H C 202 7.1 CÁC KHÁI NI M VÀ IL NG C B N 202 7.1.1 Tr ng thái, trình bi n i c a m t h nhi t ng 202 7.1.2 N ng l ng chuy n ng nhi t 203 7.1.3 N i n i n ng c a khí lý t ng 205 7.1.4 Nhi t l ng công 206 7.2 N I DUNGNGUYÊN LÝ I NHI T NG H C 208 7.3 H QU C A NGUYÊN LÝ I NHI T NG H C 209 7.3.1 Công nhi t sau m t chu trình 209 7.3.2 i v i h cô l p 209 7.4 NG D NG NGUYÊN LÝ I NHI T NG H C 209 7.4.1 Nhi t dung riêng, nhi t dung mol c a ch t khí 209 7.4.2 Kh o sát q trình bi n i ng tích (V = const) 211 7.4.3 Kh o sát trình bi n i ng áp (p = const ) 212 7.4.4 Kh o sát trình bi n i ng nhi t (T = const) 213 7.4.5 Kh o sát trình bi n i o n nhi t 213 TÓM T T 216 CÂU H I TR C NGHIÊM 219 BÀI 8: NGUYÊN LÝ II NHI T NG H C 223 8.1 NH NG H N CH C A NGUYÊN LÝ I 223 8.2 N I DUNG NGUYÊN LÝ II NHI T NG H C 224 8.3 NGUYÊN LÝ LÀM VI C C A NG C NHI T 224 8.3.1 Khái ni m nguyên lý ho t ng 224 8.3.2 Hi u su t c a ng c nhi t 225 8.3.3 Chu trình Carnot, nh lý Carnot 225 8.4 NGUYÊN LÝ LÀM VI C C A MÁY LÀM L NH 228 8.5 BI U TH C NH L NG C A NGUYÊN LÝ II 229 8.6 ENTROPY 230 8.6.1 Khái ni m Entropy 230 8.6.2 Các tính ch t c a entropy 231 8.6.3 Nguyên lý t ng entropy 232 8.6.4 Ý ngh a th ng kê c a entropy nguyên lý II 233 M CL C V 8.6.5 Tính bi n thiên entropy c a m t h nhi t ng 233 TÓM T T 236 CÂU H I TR C NGHIÊM 239 TÀI LI U THAM KH O 242 VI H H NG D N NG D N MÔ T MÔN H C C h c Nhi t h c hai ph n c a v t lý h c Nh ng n i dung v c h c t p giáo trình gi ng ch t c ch xét chuy n sáng c p nC h cc i n (còn g i C h c Newton), ng c a v t v mô v i v n t c nh h n nhi u v n t c ánh i u phù h p cho vi c h c t p c a sinh viên tr thu t, nh ng ng C h c c p n nh ng v n c b n nh t v nh lu t b o toàn c sinh viên, m t m t n m ng h c, h c, t ng l c h c ch t i m ng tác h p d ó giúp c nh ng ki n th c c b n c a c h c, m t khác qua vi c ng c c a v t th có th gi i thích x y t i h c k i không chuyên sâu nghiên c u v t lý v t r n, xét chuy n ng nhiên i s ng, c m t s hi n t ng c h c ng th i th y rõ vai trò tr ng y u c a c h c chi ph i ngành khoa h c khác Nhi t h c ph n c a v t lý h c nghiên c u v hi n t c h c, i t chuy n ph ng nhi t ng ng pháp nhi t pháp nhi t h c ng nghiên c u c a nhi t h c chuy n i ta dùng hai ph ng có th rút nhi u k t lu n v ng t nh nghiên c u ng pháp th ng kê c p nh t nguyên lý th ng, nh ng nhi u v n i u ki n khác m t cách nh ng ki n th c c ng pháp: ph th c nghi m M c dù có nh ng h n ch sâu s c b n ch t c a hi n t pháp nhi t ng nhi t ng Trong cu n sách ch ng d a nguyên lý th c rút t ng nhi t T n ph hai c a nhi t ch ng ng khơng gi i thích th c t , s d ng ph ng tính ch t c a v t nh ng n gi n Nhi t h c, vi c trang b cho sinh viên b n nghiên c u l nh v c này, cịn t o ti n t t nh ng ngành liên quan, nh ng c h h c t trong, k thu t nhi t l N I DUNG MÔN H C Bài 0: M u Bài trình bày v t lý h c khoa h c i t ng, ph i s ng, i l ng pháp nghiên c u, vai trò c a ng v t lý nv o Ngồi cịn h th ng hóa m t s n i dung ki n th c toán h c c n thi t nh m giúp sinh viên thu n ti n h c môn H Bài 1: ng h c ch t v n t c, gia t c; ph chuy n ng th ng, chuy n nh Bài 2: l il ng ng tròn, chuy n ng h c ng l ng l c h c ch t t ng, ph ng trình qu ng; trình bày i m; m t s ng o; kh o sát nh lu t Newton, ph ng, ng ng trình c b n c a l c c h c; kh o sát ph h c Ngồi cịn ng pháp c p ng l c n nguyên lý i Galilée, h quy chi u phi quán tính l c quán tính ng h c chuy n ng c a kh i tâm c a v t r n; kh o sát chuy n ng l c h c v t r n (1) Trong trình bày v ng quay c a v t r n quanh m t tr c c th phân tích thành hai chuy n chuy n Bài 4: ng kh i tâm, ng t nh ti n chuy n nh Chuy n ng b t k c a v t r n có ng th i: chuy n ng t nh ti n c a kh i tâm ng quay quanh tr c i qua kh i tâm ng h c ng l ng l c h c v t r n (2) Bài trình bày ng, b o tồn mơmen ng l ng c a h ch t i m; ph nh lu t b o ng trình l c h c v t r n; mơmen qn tính, mơmen quay Ngồi cịn ng pháp gi i tốn Bài 5: Cơng n ng l n ng l ng, nh lý trình va ch m tốn chuy n gi i thích n nh lu t b o tồn ch t khí; khí lý t ng, ph n ng; xét ng h p d n , lo i nhi t giai; thuy t ng trình c b n c a thuy t ng trình tr ng thái c a khí lý t nh lu t th c nghi m v c p ng pháp n ng l ng c a v t tr Bài 6: Ch t khí Trong trình bày khái ni m nhi t ch t khí; kh o sát ph ng, ng n ng, th n ng Trong c ng nh lu t b o toàn c n ng; kh o sát toán c b ng ph phân t c p ng Bài nêu khái ni m công, công su t, xét công ng n ng ng h c phân t ng ng l c h c v t r n c a l c ma sát, l c àn h i, l c h p d n; khái ni m n ng l ph xác ng c a ch t i m Bài 3: ph ng, ng cong m t ph ng c tr ng cho chuy n gi i tốn c tồn chuy n ng l c h c ch t i m Bài nêu khái ni m v l c, kh i l ng, mômen h c i m Trong trình bày khái ni m v ng trình chuy n VII NG D N ch t khí Trong c ng ng h c ng Trên c s ó a m t d ng ng trình tr ng thái c a khí th c Bài 7: Nguyên lý I nhi t h nhi t ng, n ng l ng h c Bài kh o sát trình bi n ng chuy n bày n i dung nguyên lý I nhi t ng nhi t, n i n ng, nhi t l i c am t ng cơng; trình ng h c h qu c a nó, m t s ng d ng t nguyên lý I Bài 8: Nguyên lý II nhi t nhi t ng h c Trong trình bày n i dung nguyên lý II ng h c, nguyên lý làm vi c c a entropy nguyên lý t ng entropy ng c nhi t, máy làm l nh, khái ni m VIII H NG D N KI N TH C TI N h c môn sinh viên ph i có n n t ng v tốn cao c p YÊU C U MÔN H C Sinh viên ph i d h c y bu i lên l p làm t p y nhà CÁCH TI P NH N N I DUNG MÔN H C h c t t môn này, sinh viên c n ôn t p ã h c, tr l i câu h i làm y t p; c tr c m i tìm thêm thông tin liên quan i v i m i h c, sinh viên c tr n h c c m c tiêu tóm t t h c, sau ó cn i dung h c K t thúc h c, sinh viên làm t p PH NG PHÁP Môn h c ÁNH GIÁ MÔN H C c ánh giá g m: i m trình: 30% Hình th c n i dung GV quy t nh, phù h p v i quy ch t o tình hình th c t t i n i t ch c h c t p i m thi: 70% Hình th c thi tr c nghi m 60 phút N i dung g m t p thu c th n th