Chuyển động và sự tương tác trong cơ học là một trong những hiện tượng phổ biến nhất của tự nhiên ,là đối tượng nghiên cứu của nhiều khoa học khác nhau có cùng tên chung là cơ học như cơ
Trang 1"TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HỒ CHÍ MINH
KHOA VAT LÝ
(3 * tr)
LUẬN VAN TOT NGHIỆP
THU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ KIẾN THUC CO BAN NHẤT
DE DAY VA HOC TOT BO MON VAT LY PTTH
Trang 2“thuận cau tốt sgiiệp GVHD : Thây Nguyễn Khắc Nhạp _
^ 2
PHAN MỞ ĐẦU
Vật lý học là một môn khoa học tự nhiên nghiên cứu các đạng
vận động tổng quát nhất của thế giới vật chất Từ đó suy ra những
tính chất tổng quát của thế giới vật chất, những kết luận về cấu tạo
và bản chất của các đối tượng vật chất Mục đích của vật lí học là
nghiên cứu những đặc trưng tổng quát, những qui luật tổng quát về
cấu tạo và vận động của vật chất.
Cơ học là một bộ phận của vật lí học Cơ học nghiên cứu đạng
vận động cơ, tức là sự chuyển đời vị trí của các vật vĩ mô Chuyển
động và sự tương tác trong cơ học là một trong những hiện tượng
phổ biến nhất của tự nhiên ,là đối tượng nghiên cứu của nhiều khoa
học khác nhau có cùng tên chung là cơ học như cơ học máy — nghiên
cứu về chuyển động & sự tương tác giữa các chi tiết trong cơ cấu
máy, cơ học thiên thể, nghiên cứu chuyển động & sự tương tác giữa
các hành tinh, cơ học chất lỏng — nghiên cứu về chuyển động các
chất long& sự tương tác với các vật ở trong chất lỏng v.v Dựa theo
các quy luật chuyển động cơ học, người ta có thể giải thích được
nhiều hiện tượng xảy ra trong vật lí, hóa học, sinh học Chính vì
vậy cơ học có vai trò quan trọng trong các ngành kỹ thuật công
nghiệp, nông nghiệp, xây dựng, giao thông vận tải v.v
- Quá trình phát triển của cơ học: Mae dù ngay trong thời
nguyên thủy, loài người đã biết sử dụng các công cụ lao động chế tạo
như va chạm, đòn bẩy v.v đến thời Cổ Ai Cập, cổ Hy Lạp, cổ La
Mã đã biết xây dung nhiều công trình kiến trúc lớn, đã chế tạo được
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 1
Trang 3hậu câu tốt ughiép GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhạp
nhiều máy móc theo nguyên lý ròng rọc, quy luật chuyển động quay
V.VX:
Đến thời Aristole (287 - 212 TCN) mới xuất hiện các công
trinh lý giải về đòn bẩy, quy luật thủy tinh Đến thời Copernic
-Kepler ( thế kỷ 16 - 17) mới phát hiện được quy luật chuyển động
của các hành tỉnh
Đến thời Galileo — Newton, co học mới được xây đựng tươngđôi hoàn chính như ngày nay
- Cơ học ngày nay vẫn còn đang tiếp tục phát triển theo các
yêu cấu mới và ngày càng cao của khoa học và kỹ thuật, cơ học
không ngừng được bổ sung bằng những kết quả nghiên cứu mới về
các bài toán có liên quan đến lý thuyết diéu khiển chuyển động và
các bài toán tích phân phương trình vi phân chuyển động, đồng thời
cũng có những công trình nhằm xây dựng cho cơ học những cơ sở
toán học hoàn chỉnh và chặt chẻ hơn Do đó, con đường phát triển
của cơ học còn rất rộng rãi và có nhiều triển vọng Do đó, việc tìm
hiểu kiến thức cơ học là rất cần thiết cho mọi người Đây chính là
ly do khách quan trong việc chọn dé tai này của em.
2 Lý do chủ quan :
Dé tài này giúp tôi có co hội củng cố lại kiến thức về vật lí
nói chung và cơ học nói riêng nấm vững những kiến thức cơ bản,
những vấn để trọng tam của eo học Đó là nến tảng giúp tôi tự tin
hơn trước khi tốt nghiệp ra trường, chuẩn bị bước vào nghề dạy học.
LI CƠ SỞ LYLUAN :
Để tài được tién hành dua trên nên tảng kiến thức tích lũy
cua ban than, dựa trên sự tìm hiểu và ghi nhận từ thực tế giảng dạy
`
Trang 4Luin ein tốt ughi¢n GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhap |
của một sô giáo viên phố thông, dựa trên sự nghiên cứu và thamkhảo ở một số tài liệu:
- Sach giáo khoa vật ly 10_, Bộ giáo dục và đào tạo.
- Sách vật lý đại cương (Phần cơ nhiệt ) - Lương duyên Bình
- Sach Bài tập vật lí đại cương - Pham Việt Trinh
- Một số sách bài tập vật lý 10 của trường Chuyên Lê Hing Phong
- Sach bài tập cơ bản nâng cao vat lý 10 - Vũ Thanh Khiết.
- Sach giáo viên vật lý 10 - Bộ giáo dục và đào tạo
- Sách cơ học lý thuyết - Nguyễn Hữu Minh, Đào Huy Bích
- Sách cơ học cơ sở - Tông Danh Đạo.
- Sách cơ sở vật lý - David Haliday - tập 1,2,6
- Một số tham khảo ý kiến của giáo viên phổ thông
Đề tài này nhằm hệ thống một số kiến thức trong linh vực cơ học chủ yếu là kiến thức về Động lực học và Tinh học Đồng thời dé cập đến một số những vấp váp, những lắm tưởng, những sai sót vẫn còn gặp phải đối một môn học cổ điển vốn được coi là đã được hoàn thiện ít nhất từ nữa thé kỷ nay Cơ học là môn cơ sở rất cần thiết cho các ngành cơ khí và nhiều ngành khác nữa Một học sinh,
một sinh viên, ngay cả một giáo viên hay một kỹ sư mà lại không
nắm vững môn học này thì chắc chắn sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong học tập cũng như trong nghề nghiệp của mình.
Qua bôn nam mai mò học tập ở giảng đường đại học và
nghiên cứu bộ môn cơ học, em đã thu lượm và tổng kết những ghi
chép, những kiến thức tích lũy và học hỏi qua quá trình học tập của
bản thân cũng như của bạn bè cùng khóa Bên cạnh đó, em tìm hiểu
một số quan điểm cần được làm sáng tỏ và những thực tế giảng dạy
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 3
Trang 5Luda van tốt ughig¢n GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhạp
về một số kiến thức trong chương trình vật lý phổ thông qua sự trao
đổi với giáo viên, Hy vọng rằng, dé tài này sẽ giúp ích được cho các
giáo viên giảng dạy ở bậc PT'TH cũng như các bạn sinh viên củng cố
một số kiến thức cơ học, hiểu cơ học sâu sắc hơn, đây đủ hơn nhằm
góp phấn vào công tác giáng dạy trong tương lai.
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 4
Trang 6Lun vin lit nghi¢p GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhap
MUC LUC
PHAN MỞ ĐẦU :
CHƯƠNG I: CHUYỂN ĐỘNG VA CÁC ĐỊNH
LUẬT VỀ CHUYỂN ĐỘNG
PHAN A : CHUYỂN DONG
A.1 Khái niệm về lực
A.2 Khối lượng
A.3 Không gian và thời gian trong cơ học cố điển
A.4 Hệ qui chiếu
A.5 Chuyến động tương đối trong không gian
: A > ^
P scan ` M
B.1 Định luật thứ nhất của Neuton
B.2 Định luật thứ hai của NeutonB.3 Định luật thứ ba của Neuton
B.4 Thực tế giảng đạy
CHƯƠNG I : CÁC LỰC CƠ HỌC
PHAN A : LUC THE VÀ TRƯỜNG LUC THE
A.1 Khai niệm lực théA.2 Phần loai :
A.2.1 Lực hấp dẫn và trường hấp dẫn
A.3.1.1 Khái niệm về trường hấp dẫn
A.2.1.2 Phát hiện định luật van vật hấp dẫn A.2.1.3 Do hằng số hấp dẫn G
A.2.1.4 Gia Lộc hap dan và gia tộc trọng trường
a, Giải thích giữa trong lực và trọng lượng
SVTH : Nguyễn Thị Hồng
Trang 7Luin van tl aghigy GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhap
ay hệ qui chiêu không quán tính
ay, Lue quan tính a,» Giải thích hiện tương vật lý bằng 2 hệ qui chiêu
a;yXác định phương trình chuyển động của
chất điểm đối với hệ qui chiếu không quán
A.3.2.3 Đặc điểm của lực đàn hồi
A.3.2.4 Định luật Hooke
A.3.2.5 Thực tế giảng dạy
PHAN B.: LUC MA SÁT
B.1 Khái niệm về ma sát
B.2 Thí nghiệmB.3 Tính chất của ma sátB.4 Phân loại ma sát
Trang 8Lagu tầm tal aghi¢p GVHD: Thay Nguyễn Khắc Nhạp
e "Thực tê khi su dụng phương pháp động lực hoe để giải
bài toán cơ học phô thông
A.1 Chuyên động của vdt trên mat phẳng nghiêng
-Khảo sát chuyến động trên mat phẳng nghiêng
- Bai loan
“Thực tế giảng dayA.2 Chuyển động tròn déu cưới tác dung của các lực cơ học
- Xf4e định biểu thức gia tốc hướng tâm - lực hướng tam
- Các ứng dung
- Hiệu ứng ly tâm
“Thực tê giảng day
A.3 Chuyển động của vật trong hệ quy chiêu không quán tính
- Phương pháp giải toán
- Bài toán
- Thực tê giảng dạy
A.4 Hiện tượng tầng giám không trọng lượng
B Cân bằng của vật rắn khi không có chuyển động
quay quanh một trục quay cố định
Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định.
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 1
Trang 9Luan tần tot ngi¿Èp GVHD: Thay Nguyễn Khắc Nhap
CHUONG I:eee
CHUYEN DONG VÀ CÁC ĐỊNH LUAT VE CHUYỂN DONG
Doi khi ta quan sdt một vat — có thé là I chiếc 6 Lô, hay một
qua bong Các vật nay có thé’ thay doi van tốc cia nó Khi đó các
vật sẽ có gia tốc, vậy vấn dé : Tai sao 1 vật thay đối vận tôc của
nó ?
Bang các quan sát thực té cho ta biết là khi diéu này xáy ra thi ta luôn luôn có thé tìm được một hay nhiều vật ở gan đó liên quan đến sử thay đôi nay Ta cũng có thể liên hệ gia tốc của hạt
với 1 sự tương tác nào đó giữa hat với môi trường xung quanh Thamchí khi ta thay 1 vật thay đối vận tốc mã không có nguyên nhân rõ
rang thì ta cho rằng có cái mẹo gi đây Ví dụ : như 1 quả cấu dang
lân mà đột nhiên đổi hướng thì ta phải xem có nguyên nhân nào tác
dung vào quá cầu không ?
Vậy bài toán dat ra: Cho 1 vật ma cho biết các đặc trưng của
vật như khói lượng, hình đáng, thé tích, diện tích v.v , cho biết day du thông tin về môi trường của vat Văn dé ta muốn biết vật sẽ
chuyến động ra sao ?
Issac Newton ( 1642 — 1727) là người đấu tiên giải quyết bài
toán này bằng cách đưa ra các định luật về chuyển động và thuyết
van vật hấp dẫn
Nhiệm vụ cúa chương nay sé giúp người học hiểu ro thêm về
su chuyên dong trong cu hye
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 8
Trang 10Luin câu tối aghign — GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhạp
+ aw
PI H + Ụ a:
A.1 Khái niệm vé lực :
xá.
- Tai sao mot lực thay đổi vận tốc cua nó ? “Thực nghiệm cho
rằng đó la do lực tác dụng lên vật Vậy lực là gì ? Ta định nghĩa lực
( day hoặc kéo) thông qua gia tốc của một vật chuẩn da chọn Thé
nào là vật chuẩn ?
- Chuẩn khối lượng SI là một hình trụ Platin — iriđi, được lưu
trữ tại viện cân do Quốc tế gấn Paris, được Quốc tê thóa thuận là
có khối lượng 1 kilôgam.
- Ta định nghia lực 1 cách thận trọng bằng gia tốc mà nó
truyền cho một vật mốc chuẩn Ta đặt vật chuẩn đó lên 1 bàn nằm ngang không có ma sát và kéo vật về bên phải sao cho san nhiều phép thử, nó có một gia tốc đo được là Im/s* Khi đó, ta có thế nói
rằng ta đang tác dụng một lực có độ lớn là 1 Newton lên vật chuấn.
- Ta có thể tác dung một lực 2N lên vật chuẩn bằng cách kéo
nó sao cho gia tốc đo được của nó là 2m/s* v.v Tổng quát, ta thấy
rằng nếu vật chuẩn có gia tốc a thì phải có một lực F tác dụng lên
nó & độ lớn của lực này bằng độ lớn của gia tốc.
- Gia tốc là một đại lượngVéctơ, vậy lực có là một đại lượng véctơ
không ?
Ta có thé chọn cho lực một chiều, đó là chiéu của gia tốc mà
lực tao ra cho vật chuẩn Tuy nhiên , như vậy vấn chưa đủ để chứng
lực là một véctu , ta còn phải chứng minh rằng lực tuân theo các
định luật cộng véctơ va chi bang thực nghiệm ta mới có thé thấy nó
có tuân theo hay không ? gid sử ta đống thời tác dụng lên vật chuẩn
một lực 4N theo trục x và một lực 3N theo trục y với cả 3 trục đầu
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 9
Trang 11nam ngàng trên mat ban không ma sát Các lực lan lượt tác dung
lên vật chuẩn tạo chovật một gia tốc 4m/s* theo trục x x 3m/s*
theo trục y Nếu hai lực tác dụng đồng thời thì như thế nao ? "Thực nghiệm cho thấy rang: gia tốc của vật chuẩn là 5m/s* và có hướng
như hình 1 Tổng vectơ nay là tong hợp lực, có độ lớn ốN và có
hướng như hình 1.
Thi nghiệm tương tự thí nghiệm
này déu cho cùng một kết quả
Điều này cho thấy rằng không
còn nghỉ ngờ gì về các lực là các
vecto, Ching có độ lớn và
— hướng, cộng theo quy tắc cộng
vectơ luức được ký hiệu là F
Vậy lực là một đại lượng vecto,
Lức là đại lượng có hướng ( phương & chiều) Veetơ lực có hướng trùng với hướng vecto gia tốc mà lực truyén cho vật, đường thẳng mang vecto lực gọi là giá của lực, có điểm đặt vào vật.
- Vận tốc của vật chuẩn thay đối là do ta kéo vật, làm chovật
dịch chuyển gây ra gia tốc Nói khác đi đó là do sự tương tác giữabàn tay ta và vật chuẩn, Khái quát, vận Lốc của các vật chí thay đốikhi có vật khác tác dụng vào nó
Ngoài ra, ta thấy sự tương tác giữa các vật sẽ làm cho vật bị
biên dang, vi dụ khi nếm một qua bóng vào tường, dùng tay nén lò
xo V.V,,.
Trén cư sở đó, ta có thé phát biểu về khái niệm lực như sau :
SVTH :; Nguyễn Thị Hồng 10
Trang 12Lun via tất aghi¢n GVHD : Thay Nguyén Khắc Nhạp
Lực là đại lượng đặc trưng cho tác dụng của vật nay vào vật
khac, kết quả là truyền gia tốc chovật hoặc làm chovat bị biến dang.
Tong quát lực la một khái niệm dé mô ta tác dung cơ học của
vat này lên vật khác Nó chính là mức do tương tác cơ học giữa các
vat the
A.2 Khối lượng:
- Thực nghiệm cho rang chuyển động của vật phụ thuộc và
yêu tổ thứ hai, đó là khôi lượng của vật Vậy khối lượng được hiếu
chính xác như thê nào?
- Thực tê cho thấy cùng một lực sẽ tạo ra các gia tốc khác
nhau ớ những vat khác nhau That vậy, ta hãy dat một qua bóng
chay & 1 quá ki trên nến nhà rồi cho mỗi qua một cú đá mạnh như
nhau thì gia tốc của quả bóng chày lớn hơn nhiều, gia tốc khác
nhau vì khôi lượng của quá bóng chày và quả kỉ khác nhau Nhưng
chính xác thì khối lượng là gì ?
- Giống như lực , khối lượng cũng là một
L
-—> đại lượng vật lý Về mặt định lượng ta hay gan
" _ một lò xo vào vật chuẩn như hình 2 và cho nó
a’ > Lwset ; =
—> k&———ờ ~- một gia tốc 4, thí du bằng 1m/s* Khi đó, lực
RR= :—— 4 lò xo dat vào vật bằng IN và lò xo có độ dan A
L Theo định nghĩa, khối lượng my của vật chuẩn đúng bằng 1kg thay vật chuấn bằng 1 vật bất ky ( vật x) và lại
tác dụng cùng 1 lực IN lên nó sao cho lò xo cùng giản
cùng một lượng A L như trong thí nghiệm với vật chuẩn.
Giá sử gia tốc a, của vật X bằng 0,35m⁄s”, khối lượng m,.
SVTH : Nguyễn Thị Hồng II
Trang 13Lugn van tết nghiÈp GVHD: Thay Nguyễn Khắc Nhạp
Két qua thực nghiệm cho thay : nêu có cùng một lực tác
dụng lên hai vật khác nhau thì ta định nghĩa tỉ số các khối lượng của chúng là nghịch dao của tỉ số các gia tộc
Do đó vat x chi nhận được một phan tư gia tốc của vật chudn
khi cùng chịu | lực tac dung Bằng định nghĩa này thì vật x có
khối lượng gấp 4 lần khối lượng vật chuẩn Vậy bằng cách này ta có
thể gán khối lượng cho các vật khác vật chuẩn.
- Tuy nhiên, ta can kiếm tra lại phương pháp này bằng cách.
* Cách I : Ta lap lại việc so sánh với vật chuấn, nhưng sử
dụng 1 lực tác dụng chung khác Giả sử ta làm cho lò xo dan nhiều hơn trước để gia tốc a'¿ của vật chuẩn là 5m/s*, thế là ta đã ding 1
lực ðN thay cho lực 1N để so sánh khối lượng Từ thực nghiệm cho
a’ Smi/s?
m, =m, —— s (thy ).~ -=4
‘ a’, wì 125m /x? ke
thấy nếu dat lực 5N này vào vật x thi gia tốc a, của nó là 1,25m/s*
Khi đó khối lượng ma ta tìm được cho vật x là :
Vậy kết quá đúng như với thí nghiệm với vật chuấn
Như vậy, phương pháp của chúng ta gan khối lượng cho các
vật bat ky cho các kết quá phù hợp, bat kế ta dùng lực nao để so sánh va dùng vật nào để làm chuẩn so sánh, chứng tó khôi lượng là
một dae trưng cé hữu của vật Vậy khối lượng có phải là một cái gì
đồ mà chúng ta có thé cầm nhận được một cách tự nhiên Nó có phải
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 12
Trang 14huậu đâu tốt nghigy GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhạp
là kích thước, trong lượng hay ti trọng của vật hay không ? Không,
mac dù đôi khí có su lắm lấn giữa các đậc trưng này với khối lượng.
- Tu các phan tích trên, ta định nghĩa khói lượng như sau; *
Khôi lượng cua 1 vật là 1 đặc trưng liên hệ giữa lực tác dung lên
vật và gia toe được tạo ra”
Khôi lượng không có định nghĩa nao quen thuộc hơn định
nghĩa này Ta chi có cám giác vật chất về khối lượng khí bạn định
gia tốc một vật Ví du: Ném một quá bóng chày và một qua cấu thi
sẽ có cảm giác rằng chúng có khối lượng khác nhau
- Ngoai ra, có thé so sánh khôi lượng của các nguyên tử với nhau một cách chính xác hơn la so sánh chúng với kilôgam chuẩn
Do đó ta có chuẩn khối lượng phụ Đó là khối lượng của 1 nguyên tử
cacbon 12 mà quốc tế đã thừa nhận bằng khối lượng của 12 đơn vị
khối lượng u : lu = 1,6605402 x 10””kg.
A.3 Không gian và thời gian trong cơ học cổ điển :
Cơ học cố điển nghiên cứu chuyến động của các vật trong
không gian theo thời gian với vận tốc rất bé so với vận tốc của ánh
sáng trong chắn không Không gian và thời gian là những kháiniệm co bán không những trong co học cố điến mà cả trong vật lí
nói chung Ta hay nghiên cứu tinh chất của thời gian và không gian
trong cơ học cô điển
- Ta xét một quá trình vật lý bat ky xảy ra trong tự nhiên Đôi với hệ qui chiêu (K), khoảng thời gian trôi qua của quá trình là
tz - tị Đôi với hệ qui chiếu (K”), chuyển dong bat ky tương đổi đói
với hệ qui chiêu (K) thi khoảng thời gian trôi qua của quá trình vật
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 13
Trang 15Tum tấn tl aghi¢gn GVHD: Thay Nguyén Khắc Nhap
ly nói trên là U¿ - U; Trong cơ học cố điển cho rằng khoảng thời
gian trôi qua của một quá trình vật lí bất kỳ trong mọi hệ qui chiếu
chuyến động tương đối đổi với nhau một cách tùy ý là như nhau,
nghĩa là ty - tý = Uy - Uy Đó là tiên để về tính chất tuyệt đổi
của thời gian trong cơ học cổ điển - Cơ học Newton Khi t; =
Ủy =0,t¿ = tt, =v Khi đó: t = U, Diéu này khẳng định rằng chu
ky của các đóng hé la không thay đối khi chuyến từ hệ qui chiêu
nay sang hệ qui chiêu khác Đồng thời tiên dé này chi đúng khi vận tóc chuyển động của vật rất bé so với vận tốc ánh sáng trong chân
khong Nói cách khác, thời gian là bất biến, đồng nhất trong
mọi hệ qui chiếu khác nhau(invar), nghia là mọi thời điểm là
tương đương với nhau về mặt vật lí, vì nếu có một thời điểm nào đó
ưu tiên thì chất điếm cô lập sẽ thu được gia tốc ở thời điểm này.
Kết luận : trong hệ qui chiếu quán tính, thời gian là đống
nhất
- Ta nghiên cứu tính chất của không gian: Thực nghiệm chí rằng vị trí của chất diém M ở thời điểm t đối với hệ qui chiếu(K)
được xác định bằng một tập hợp ba số gọi là 3 tọa độ của chất diém
(ví dụ : x,y trong tọa độ Dé các) hay một bán kính veetơ r kế từ
góc tọa độ O đến điểm M.
- Khai triến vecto r£ theo các vectơ
đơn vị i, j wk dat trên các truc ox, oy, 0z
của hệ oxyz, ta được r= xi¢ yi +zk
Với x,y,z la hình chiếu của r trên các trục tọa độ ox, oy, oz
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 14
Trang 16Luin vault nghi¢n GVHD: Thay Nguyễn Khác Nhap
- Vi trị cua chất điểm M 6 thời điểm t = t đôi với hệ qui
chiếu (K’) chuyến động bất kỳ đổi với hệ (K) được xác định bằng
vecLd Ƒ ké tư góc Ó' Tương tự :
- Xét chuyển động cúa hai chất điểm M, & My Vị trí của chat
điểm M, tương doi đôi với chat điểm MU xet trong hệ qui chiêu (K) ở
thời điểm t =’ được xác định bằng veetơ :
Trong hệ UK): pte pho r= On xi, M) ⁄*Œ,-z)'
Trong cơ học cổ dién cho rằng, khoảng cách giữa hai vi tri của hai chất điểm bất kỳ ở cùng một thời điểm đã cho là như nhau trong tất cá hệ qui chiếu, nghĩa là rye = rye hay
Đây là tiên dé về tính chất của không gian trong cơ học cổ điển Tiên đế này cũng chi đúng khi chuyến động của vật có vận tốc
rất bé so với vận tốc ánh sáng Khi 3 điểm M, và My rất gần nhau
thì khoảng dr giữa 2 chất điểm được xác định bằng : dr = (dx* + dy*
+ dz*) ” Khi nay , không gian gọi là không gian Euclide 3
chiếu Chú ý: không gian và thời gian trong cơ học cố dién chi đúng
theo các tiên dé trên khi van tốc cla vật thế có thể bỏ qua so với
vận toc anh sang trong chan không Nếu không, các tiên dé về thời
gian và không giản được coi là “hiển nhiên” ở trên không còn đúng
nua.
AA Hệ qui chiếu
# Khái niệm và cách chon:
SVTH : Nguyễn Thị Hồng l5
Trang 17Luda tran tet taghưệp GVHD : Thấy Nguyễn Khắc Nhạp
- Chuyên dong là một khải niệm cơ bản cda cơ học Chuyênđộng cua một vat la sự chuyến đời vị trí của vật đó đôi với các vật
khác trong khong gian Dé nghiên cứu chuyên động cua vat thé
trong không gian, ta thường chọn một vật thể khác làm móc Hệ toa
độ gân liên với vật lam mốc gọi là hệ quy chiếu Để xác định thời
gian cua vật khí chuyên động, ta gan vào hệ quy chiếu một cái đồng
ho Khi 1 vat chuyển động thì những khoảng cách từ vật đó đến hệ
quy chiêu thay đổi theo thời gian.
- Khi chon hệ qui chiêu, có thé hệ đó đứng yén hoặc hệ do chuyên động là tuy ý Hệ qui chiêu đứng yên hay chuyên động thang
đều gọi là hệ qui chiêu quan tinh và hệ qui chiếu chuyến động có gia
tóc gọi là hệ qui chiêu không in tính.
- Một vật có thê chuyển động đổi với hệ qui chiếu này hoặc
đứng yên đỏi với he qui chiêu khac.R6 rang là chuyến động hay đứng
yên của vat chí có tính chất tương đối , tùy theo hệ qui chiếu tachọn Hệ qui chiêu được chon dé nghiên cứu chuyển động của vật thể
là hoàn toàn tùy ý Khi chọn hệ qui chiếu khác nhau, nói chung,chúng ta sẽ nhìn thấy chuyến động cúa cùng một vật điển ra đơn
giản hay phức tạp khác nhau Khi nghiên cứu chuyển động, ta nên
chọn hệ qui chiêu nào dé chuyến động diễn ra đơn giản nhất
* Ví dụ:
- Khi toa tau đứng yên, người ta đánh đấu trên bàn vị trí củacục chi con lắc can bằng toa tau chuyển động theo đường thẳng với
tac độ không đổi cục chi vẫn đừng yên ở vị trí đánh dấu:toa tau là hệ
qui chiêu quán tinh.Néu toa tau tầng hay giám tốc, hay đi theo
——P=P®=£EE£E=>*"`——ễễễễ— —ễ
SVTH : Nguyễn Thi Hồng l6
Trang 18Luan trâu tốt aghi¢p GVHD: Thay Nguyen Khac Nhap
đương vong thi cục chi lệch ra khói vị tri đánh đâu và toa tau không là hệ qui chiêu quan tính.
- Nêu ta dat 1 qua cấu dung yên trên 1 cái vòng quay ngựa go
dang quay thì không một lực nao rõ rệt tac dụng vào qua cầu, nhưng
no sẽ không tiếp tục đứng yên Nêu ta lan nó theo | bán kính vòng
quay thi nó sẽ chạy lệch khói đường nay Vay các hệ qui chiếu quay không là hệ qui chiêu quán tính Vậy nói một cách chật
che thi trái dat cùng không phải hệ qui chiếu quan tinh vi nó quay.
Tuy nhiên trừ khí ta xét những chuyến động ở phạm vi rộng như
gió hay dòng hai lưu, con thi ta thường có thé coi 1 cách gan đúng
trái đất là 1 hệ quán tính Tính không quán tính của trái đất thể
hiện ở chố vật không rơi thắng đứng xuống dưới mà rơi lệch vế phía đông một chút Thi dụ : ở vi độ 45” nếu vật rơi từ độ cao 50m ( bó
qua sức cản không khí ) thì điểm rơi lệch 5mm về phía đông so với
điểm roi nêu quá đất không quay.
A.5 Chuyển động tương đối trong không gian :
Gia sử bạn thay một con chim dang bay với vận tốc 20m/schang han với mét con chim khác bay song song với con chim trênthi con chim thư nhất đứng yên Nói cách khác vận tộc của 1 hat
phụ thuộc vào hệ qui chiêu của người thực hiện góp đo đạc Ta da
biết hệ qui chiêu la một vật dé ban gan hệ tọa độ vào đó hệ qi chiếu thường dùng nhất đối với chúng ta trong chuyến động hàng ngày là
SVTH : Nguyễn Thị Héng 17
Trang 19Luge vin til aghi¢p GVHD D Thây Nguyễn Khắc Nhap
hệ gắn với mat dat Cu thé khí 1 cánh sát giao thông nói rang ban
da lái xe với tóc độ 50km/h thi bạn đếu ngắm hiếu là tốc độ đôi với
hệ tọa độ gấn với mật đát
Tuy nhiên, nêu bạn đi trên 1 may bay hoặc một tau vũ trụ thi
he qui chiếu gan với trai đất có thé không phải là hệ tiện lợi nhất.
Việc chọn hệ qui chiêu là tự do theo ý của ban Nhưng khi da chọn
rồi thi ban phải luôn luôn chú ý đến sự lựa chọn của bạn và phải
thận trọng tiên hành moi phép do của bạn đôi với hệ qui chiêu da
chọn.
* Xét trường hợp chuyển động tương đổi trong không gian 3 chiêu Van dé : Trong một bài toán động học, ta can xác định quy
luật biến đối vận tốc gia tốc của một chất điểm khi chuyến từ hệ
qui chiếu này sang hệ qui chiếu kia Giả sử chất điếm M chuyến
động hệ qui chiếu (K’) = (o'x'y'z) Hệ qui chiếu (K') chuyển động đối
với hệ qui chiếu (K) = (oxyz) ta phải xác định.
+ Phương trình chuyến động của M đối với 2 hệ qui chiếu & qui luật biên đổi qua lại
+ Vận tốc và gia tốc đôi với 2 hệ qui chiếu & qui luật biến đối
Trang 20Van toc & gia tốc của chất điểm M đôi với hệ (K’)
Khi hệ (K’) chuyển động đổi với hệ (K) thì hệ vectơ hie cũng
thay đổi theo thời gian Khi hệ (K’) chuyến động quay quanh 1 trục
quay nào đó đi qua góc ö` với vận tốc quaylà œø Khi đó:
SVTH : Nguyễn Thị Hồng L9
Trang 21Lugu oda tit uyhigp GVHD : Thay Nguyén Khac Nhap
Trang 22Lagu van tt aghi¢n GVHĐ ; Thay Nguyên Khác Nhạp
(,„ =a t¿£\vfe@t((01x17)
J Ly
dự” |
a
* Khi hệ (K’) chuyên động thang đếu doi với hệ (IK) sao cho
ban đầu t = 0 góc 0° tring với 0 Sau đó hệ (K) chuyên động tướng
doi dọc theo trục ox với van toc là (V = const } 3
* Mặc dù toa độ và vận tốc của chat điểm cô lập trong những
hệ qui chiêu quan tính (K) và (K”) khác nhau là khác nhau nhưnggia tốc của nó trong hệ CK) và (K*! déu bang không
d , deš ° it]
TH:
Trong ý nghìa nay, người ta nói rằng mọi hệ qui chiêu quan
tính là tương đương với nhau đối với định luật chuyến động thắng
đều của chất điểm cô lập Thực nghiệm chi rằng không những chi có
3
SVTH : Nguyễn Thi Hong 3
Trang 23Luan wate tối nghigy GVHD: Thay Nguyễn khác Nhap
định luật chuyên động cua chat điểm có lap la giảng nhau doi với
mới hệ qui chiêu quan tinh, Nói khác di, những phương trình mô ta những định luật cua tự nhiên được biếu điện qua tọa độ và ther gian
trong các hệ qui chiêu quan tinh khác nhu có dạng giống hệt nhau Day là nội dung cua nguyên ly tường đôi kết hợp tiên để về khoan
thời gian trôi qua trong moi hệ qui chiêu quan tinh là như nhau ( t =t') với nguyên ty tương doi Galile Theo nguyên ly nay, tat cả các
định luật cơ học đêu giống nhau trong mọi hệ qui chiêu quan tình.
Về mật toán học, điều do có nghĩa rang, các phương trình mô ta cácđịnh luật cia cơ học cô điển sẽ không thay đôi dang đối với các
phép biến đổi cua toa độ & thới gian khi chuyển từ hệ qui chiều
quan tinh nay sang hệ qui chiêu quan tinh khác theo các công thức
biến đối Galilê Nói khác đi, tất cá các định luật co học cố điển déu
bất biến đối với các phép biến đối Galilê.
Và Lai các tọa độ : xị = x, = VỈ¡ Ky = Xy — Via
Khoáng cách xáy ra giữa hai sự kiện ấy trong hệ (K) là | = xy
ty = te — tý, Gọi do la tink chất tuyệt đối của thời gian Những tinh
SVTH : Nguyễn Thị Hồng ¬
Trang 24Luan vault ughign GVHD : Thay Nguyên Khắc Nhap
chất nav la những tình chat co ban của không — thời gian cua cơ
hoe có điến - «ai hoe Newton
+ Phép liên đói Gatilé cung đưa đến tình bat biến cua khoản cach
không gian va tình bat biến khoang the gun, Gia su trong he
(KR) eo TP thanh dai WV có tou độ hai đầu mut là ix, ve, 2) VÁ fX¿,
Ve, eel, tite la
+3 A =ll§y = x, 4 tye - yy? + tay = 2,97!"
a Trong hệ UK), toa độ của 2 đầu mut thanh nay là :
Rami #V.% vi =¥ 2, = 2;
M% Sy + V1 ạt Ye ty = #¿
Do đó độ dài cua thank do trong hệ CS) là :
Al = |(x; = x40" $ (ve — yy? $ lag - gi |!” z AV
vậy Al = invarial, At = invarial
“ `
Vai nét về tiếu sử nhà Bác học Ixãc Newton
Issuc Newton sinh ngày 25/12/1642 tại một miến quê nước
Anh trong | gia đình trại chủ ngheo Tu nhỏ đi học ở trường lang
Nam I2 tuổi ông được ra tinh học tới nam 18 tuổi được nhân vào
trường Dai học Camprige ông là một sinh viên rat xuất sắc và đượcphong lam giáo sư nam 26 tuối 28 tuổi ông được bau vào hội
Hoang Gia, nan GO tuổi được báu lain Cho Tịch viện hàn lam khoa
học Anh và liên tục git chức vụ nay chủ đến khí mat Nam 1727
Ong mat trong niềm vinh quang va sự tông kinh cua nhân loai,
Newton có nhiều cong hiển to lớn đôi với toán hoe , vật ly học,thiên vận học, Newton con rat nhiều phat minh quan trọng khác
SVTH : Nguyễn Thi Hong 3
Trang 25Xuân van tit ughity GVHD ; Thay Nguyên Khác Nhap
tim ra các định luat cơ ban cua cơ học va tự đó xây dựng nêu môn
cử học ma chúng ta dang học: Do là 3 định luật Newton và định
luật van vật hap dan Sau đây, ta sé xét đến ba định luật Newton
B.1 Định luật thứ nhất của Newton :
Trước khi Newton dua ra mon co hoe cua minh, ngưới ta nghi
rang phai co một anh hướng hoặc | * lực” nao do thị | vật mat
chuyên dong với van toc không doi Con khi vat đứng yen „ người ta
nghi nó ở * Trang thai tự nhiên” Dé vat chuyên động với van toc
không đôi, hình như phải đây nó bang leach nào đó Nêu không thi
vật * Tu nhiên” dừng lạt.
Thật vậy, nêu ta cho 1 quyên sách trượt trên thám với một
vận tốc không đổi thi ta phải buộc vao nó 1 sợi dây và kéo day
Nhưng nêu cho quyền sách trượt trên sân bang thi nó trượt được xa
hơn nhiều Ta có thế tướng tượng những mật nhần hơn và rộng hơn,
trên đó quyến sách trượt càng lúc cảng xa hơn Thí dụ, ta có thếnghỉ đến một mật dài, cue nhấn mà khi quyển sách trượt trên đó
thi không có dấu hiệu nào cho thấy nó chậm dắn Quá thực là chúng
ta da làm được déu đó trong phòng thí nghiệm bang cách tạo ra *
đệm khí” nằm ngàng dé quyến sách trượt trên 1 lớp mong không
Trang 26Lugn van tt nghiệp GVHD : Thay Nguyén Khac Nhap
chuyên động đôi với hệ khác Vay dung yên và chuyên động với van
toc không đổi hoàn toan không có gì khác nhau
a Thí nghiệm 1: Xét trang thai đứng yên cua một qua cau
treo ở đầu của 1 soi day xung quanh nó có nhiều vật khác như: Dây
lreo nó vào gid đỡ, các dé vật trong phông v.v phải chăng qua câu
đứng yên là vi không có vật nào tác dụng vào nó? Vật dung yênkhông phải vi không có vật nao tác dụng lên nó trong số các vật ở
xung quanh, co một số vật da tác dụng lên no gây nên trang thái
đứng yên cua vật Trong thí nghiệm trên, khi ta thay đối vị trí của
các vật trong phòng, ta thấy quả cấu vẫn đứng yên Nhưng nếu làm
đứt dây thi quá cấu rơi xuống Vậy có 2 vật tác dụng vào quá cấu
gây nên trạng thái đứng yên Đó là trái đất và đây treo
Giải thích : Khi dây bị đứt, quả cầu chi chịu Lác dụng của trái đất nên thu gia tốc và chuyển động Muốn quá cấu đứng yên, dây
treo phải tác dung vào qua cầu và truyền cho nó một gia tốc bang
về độ lớn nhưng ngược hướng, khi đó, lực căng eda dây treo cân bằng
với lực hút của trái đất Qua cầu ở trang thái đứng yên đối với trái
dat.
Vậy một vat ở trang thái đứng yên khi các lực tác dụng vào
vật da khứ tác dụng gây gia tốc cua nhau hay nói cách khác chúng
da cân bang nhau
b Thí nghiệm 2:Quan sat sự chuyên động cua hon bi A Hon
bi A dang nam yên trên mật san nầm ngàng Một hòn bi B chuyển
SVTH : Nguyễn Thị Héng 25
Trang 27Luin dân tắt nghiệp GVHD: Thấy Nguyễn khắc Nhap
động tới va cham vào nó lam no bất đầu tan di Lue hút của trái dat
và lực cua mat san tac dụng lên hon bi can bang nhau, khí va cham
với B, A thu gia toe va chuyên dong Nhưng B chi tac dụng vao A
trong thơi gian rat ngắn Ma A thi chuyên động trong thei giản dai
hơn nhiều, nghia la nó tiếp tục chuyên động ca khi không con chịu
tae dụng của B vậy lực không phải là nguyên nhân duytri chuyên
dong cua viên bi nhưng tại sao 2 viên bi chuyển động cham dân rồi
đừng han Đó là vị còn có Ma sat ở MAL tiếp xúc Quan sát nhiêu
vật chuyên động thang déu khác nhau, ta dim ra kết luận ( 1 vật chuyên động thang déu vi các lực tác dung vào nó cân bang nhau.
Tu đây, ta đưa ra một kết luận quan trong Trang thái đứng
yên chi là trường hợp đặc biệt cua trạng thái chuyên động thang
đều khi vận tốc bằng 0 Điều nay đã bác bỏ quan niệm sai lắm của
Aristole 2 trạng thái trên là hoân toàn khác nhau Tư đó, đưa ra
két luận quan trọng giúp cho Newton và Galilê phát hiện ra định
luật đấu tiền của cơ học cổ điến- định luật thứ nhất của Newton Nếu vật đứng yên, thi nó vấn đứng yên, néuvat đang chuyên động
với 1 vận tốc không đổi, thi nó vẫn tiếp tuc chuyển động như củ
Định luật thứ nhất của Newton thực ra la một phát biểu về những
hệ qui chiếu.
Trong đó, nó định nghĩa một loại hệ quy chiêu, trong do cácđịnh luật Newton ap dung được Theo quan điểm đó, định luật thứnhất được phat biéu như sau : “Nếu hợp lực tác dụng một vat bang
không thì có thé tim được các hệ quy chiêu trong đó vat nay không
có gia toc”
SVTH : Nguyễn Thi Hồng MÔ
Trang 28Lun van tet nghệ GVHD: Thay Nguyén Khắc Nhap
Lôi khi định luật thứ nhất cua Newton gọi là định luật quan
tính và các hệ quy chiêu mà nó xác định được gọi là cúc hệ quy
chiêu quan tinh.
B.3: ĐỊNH LUAT THU HAI CUA NEWTON
Phái thưa nhận định luật Tl nhit mot nguyên ly vi no đượcNewton phat hiện trên cơ sở cua việc khái quát hóa rat nhiêu svkiện quan sát được, ké ca những quan sat trong linh vực thiên van,kết hợp với trực giác thiền tai cua riêng ông Chính vi thé ma về
nguyên tac, chung ta không thé tao ra được những thi nghiệm riêng
lẻ có du tư cách đê kiêm chứng định luật nay
VẤN DE : Giữa khối lượng vat, lực tác dung vào vat và gia
tốc có một môi liên hệ nào không ?
Ta biết rằng, vị trí, vận tốc tương đổi giữa các chat điểm,
thai gian, khổi lượng về v cua chat diém trong cơ học cô điển phi
tương déi tính là những đại lượng bất biến đổi với các phép biến đổi
Galilê vừa kể trên bằng chữ x, lực tác dụng lên chất điểm bằngthữ
thì thực nghiệm chỉ rằng : Lực ¿ là hàm của x, nghĩa là = (xì
Điều rất đáng cảm phục đối với thiên tài của Newton đó là từ
rất nhiều quan sal và thí nghiệm, Newton đã xác định được môi liên
hệ giữa 3 đại lương : Luc, khôi lượng và gia tốc và đã nêu lên thành
một định luật cơ ban cua tự nhién Định luật đó được gọi là định
luật thứ hai của Newton về chuyến động Định luật đó được phátbiêu như sau ; “Dưới tác dụng cua lực, chat điểm chuyên động với gia
Loe cung hướng với hướng của lực và đó độ lớn ty lệ thuận với dé lớn của lực và ty lệ nghịch với khôi lượng cia nó Đó là nội dung cua
Định lưật I] Newton hay tiên đê thứ hai Newton Định luật nay
“Ỷ=ỶimE——D———————D—D—————————————— kẻ —- - —._ mm sAmS S7
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 37
Trang 29Luan van tl nghign GVHD : Thay Nguyễn Khác Nhạp
được tom tất trong một phương trình véc tơ đơn giản
¥ Fo “miu (II
Trong phương trình trên, khí sử dụng, ta can phải biết chắc
hoàn toàn là ta sẽ ap dụng cho vat nao; với > F là tông vee tơ hay
hựp lực cua mọi lực tác dụng lên vật đó
Cha y : Ta chỉ xet đến những lực tac dụng len vat mới được
tịnh đến trong mot bar toán, có the co nhiều lực nhưng ta chi lay
I hime lực tác dụng len vat dang xet Vay > F chỉ gồm các ngoại lực
tức la các lực do các vat khác tác dụng lên vật đang xét Ta không
tinh đến các nội lực, la các lực tác dụng giữa một phan cua vật va
mot phan khác cua nó
a Giông như mọi phương trình véc tơ, phương trình (° 1 tương
đương với ba phương trình vô hướng LF, = tmma,, VỀ, = ma,, LF,; (2) Ba phương trình nay liền hệ 3 thành phan
của hợp lực tác dụng lên vật với 3 thanh phan gia toe của
vật đó.
Sau cùng, ta chú ý là định luật thứ hai của Newton bao gồm
định luật thứ nhất của Newton, như là một trường hợp riêng Đó là
nếu không có lực tác dụng lên vật thì phương trình (1) cho thấy vật
không thu được gin tốc, nhưng điêu này không làm tấm thường hóa
định luật thứ nhất cum Newton Vai tro của nó trong định nghĩa tip
hợp các hệ quy chiêu mã trong đó cơ học Newton áp dụng được đã
biện minh cho vai tro của nó như la T định luất riêng biết,
Phương trình (1) biểu điển nguyên lý về tính độc lap Lúc dụng
của các luc do la : Cac gia toc u của chat điểm do các lực F gây
nên là không phụ thuộc lan nhau và gia tốc toàn phan «a của nồ
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 3W
Trang 30Lagu van tốt trÍt¿‡ GVHD: Thay Nguyén Khac Nhap
bàng tống hình học cua các gia tốc thành phan „- 7 ` * Baap
mm om
nghĩa la
Đây là phương trình co ban cúa động lực hoc chất điểm.
Dưới tác dung của lhệ động luc Phương trình này có thé
phát biếu như sau : Gia tốc toàn phấn của chất điểm đối với hệ quy
chiếu có chiều cùng với chiêu của lực tống hợp tác dụng lên nó, có độ
lớn ty lệ thuận với độ lớn của lực © hợp và Lý lệ nghịch với khôi
lượng của nó.
«Đơn vi: Trong hệ SI IV =0 y= le»
Mac dù ta chi dùng các đơn vị SI, nhưng có một sô hệ đơn vị
khác cùng còn dùng Chủ yếu đó là hệ do Anh và hệ CGS (centimet
— gam — giây)
e Ở phần I “Khái niệm về lực” Ta chỉ nghiên cứu được lực là
một đại lượng nhưng đại lượng này đo như thế nào ? Cho
đến phấn này, ta mới có cách xác định độ lớn của lực.
Theo định luật [1] Newton : “Luc tác dụng vào một vật là
một đại lượng đo bằng tích của khối lượng với gia tốc mà
nó thu được” Đây là định nghĩa định lượng của lực Vậy
định luật H góp phần quan trong vào việc hình thành tron
vẹn khái niệm lực : Mặt định tính là mặt định lượng Đó
là ý nghĩa quan trọng cua định luật II
B.3 : ĐỊNH LUẬT THU BA CUA NEWTON :
Định luật này nghiên cứu vấn dé gì ?
- Ở trên ta chí nghiên cứu chuyến động của chất điểm dưới
tác dung của các lực do các vật khác tác dung lên vat dang
xét, tức là đưới tác dung của các vật thể bèn ngoài Nhung
SVTH : Nguyễn Thị Hồng 29
Trang 31Luu van tit nghigp GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhap
thực ra khí cac vat bên ngoài tac dung lên chat điểm thi chất điểm cùng tác dụng lên cae vật bên ngoài Chang hannhư lực đi thanh tung cap bởi vi nêu một chiếc bua tac
dung 1 lực vao 1 cai đình tác dụng vao búa 1 lực có đó lon
bang nhưng ngược hướng Nêu ban tựa vao một tường gach
thì tương đấy lại ban, Van để này được tôm tat trong câunói diu dang : “Ban không thé sở nà không bị sơ”
Gia su vật A tác dung lên vật BH 1 lực £ ya, khi do vat B
tác dụng lên vật Á 1 lực; ay, hai lực nay bằng nhau về độ
lớn nhưng ngược hướng.
cá h f 7 my
(}) > + ()
A (hinh 1) B
F„=-Fz (4)
Phương trình (4) tóm tat định luật thứ ba cla Newton về
chuyến động Thông thường một trong hai lực này (lực nào cũng
được) gọi là lực tác dụng Lue còn lại của cập, khi đó gọi là phán lực.
Vậy mỗi khi bạn tim được một lực thì bạn nên hoi : “Phan lực của nó
ở đầu ?”.
Cau nói : "Với mỗi tác dụng, luôn có một phan tac dung bằng
va ngược hướng” da tro nên quen thuộc trong dân gian và được hiệu
nhiều cách khác nhau Tuy nhiên, lực nao cing có thé là lực tác
Trang 32Lagu nâu tốt dgi¿ệp GVHD: Thây Nguyên Khắc Nhap
° Tu day x' hiện một van de mới : Nêu lực nào cũng có
một lực bang va ngược chiêu liên kết uới nó, vay tai sao chúng không khử nhau ? Câu tra lời don giản - CÍ
hình 1 cho thay, cae lực trong cap tac dụng — phan tac
dung luôn luôn tae dụng lên các vat khác nhau, nên chúng
không thê khư nhau được, Nêu hai lực tác dụng lên cùng | vat, thi ngày cá khi chúng bang nhau về độ lớn và ngược
chiêu thi chúng cùng không phải là cập tác dụng - phan
- tác dụng Dé làm rõ van dé trên ta hay xét một số vi du
sau:
e Mét vệ tính chuyên động trên quy đạo : Xét 1 vệ tinh quay quanh
trái đất, Lue duy nhất tac dụng vào vệ tinh là Ke, , là lực dat vào
vệ tinh do sức hút của trai dat Vậy phan lực tương ứng ở dau ”
Nó là lực +,„„ : Lực tác dụng vào trái đất do lực hút hap dan của
vệ tinh có điểm dat hiệu dụng là tâm trái đất (hình 2)
Đôi khi bạn có thể nghĩ là các vệ tinh nhỏ bé này không thé tác dụng một lực hút hấp dắn lớn vào trái đất, nhưng thế mà đúng
đấy, đúng theo luật thứ ba của Newton, Nghĩa là | K., | = | kÌ về
độ lớn.
Luc Fy, gây cho trai dat | gia tốc nhưng vi khôi lượng trải
dat quá lớn nén gia tốc của nó qua nhỏ dé có thé phát hiện được.
' Quan sát 1 quá dưa nam trên ban : Trái đất kéo qua đưa
xuông bang một lực k,, đó là trọng lượng cua qua dưa Qua dit
không thu được gia tốc vi lực này bị khư boi lực pháp tuyên bang va
ngược chiêu Og do ban tác dụng lên qua dua Nhưng /, va
SVTH : Nguyén Thi Hồng - 31
£ *
Trang 33Lugn sầu tit nyhigp GVHD : Thay Nguyên Khắc Nhap
không lam thanh cập lực phan lực vi chung tac dung vào cung 1 vat
đó là qua dưa thình 3).
Phan lực cua la : lực hấp din mà qua dua tac dụng
Hinh 2 hinh 3 hinh 4
Phan lực cia lực + „ lực mà qua dưa tác dung lên bàn (hình
5) vậy trong bài toán này ta có các cập lực
~ Phản lực và các vật chịu Lác dụng của các lực này là như sau :
+ Cặp thứ nhất : ©, #„ (Quả dưa và trái đất)
+ Cặp thứ hai : kK, = E„ (Quá dưa và bàn)
> Vậy định luật IT] Newton nghiên cứu về đặc diém của lựctác dụng ~ phan lực tác dụng Qua một số ví du nghiên cứu ở trên, ta
rút ra đặc điểm cua lực và phan lực như sau :
+ Lực và phan lực luôn xuất hiện va mat di đồng thei
+ lafc và phan lực bao gid cùng cùng loại
+ Lực và phản lực không thé can bang nhau vi chúng dat vào
hai vật khác nhau
SVTH :.Nguyễn Thị Hồng 32
Trang 34Luin van til aghiép GVHD : Thay Nguyên Khắc Nhạp
Nh da thay, Newton da su dụng hat khai niệm lực va
khỏi lượng dé phat biéu ba định luật về chuyên động Nhung khai niệm khối lượng mới chi là khái niệm vẻ mat
định lượng tức là chi lượng chat chứa trong vật hái niệm
khôi lượng về mật định tính tức la nghiên cứu Về y nghĩa
vật ly cua khái niệm khối lượng con chứa trình bay đếnSau khi da có cae định luật Newton I và TH thi Khai niềmkhoi lượng mới được hiểu đúng là một khái niệm về mot
đại lượng vật ly thực sự Sau day, ta xet vé y nghĩa vat ly
của khói lượng :
Ta biết rang đôi với hệ quy chiêu quan tính, chat diém có lập
giữ nguyên trạng thải đứng yên hay chuyển động tháng đếu Đạc
tinh bảo toàn trạng thái đứng yên hay chuyển động thang déu của
chát điểm cô lập gọi là quán tính của nó Khi chat điểm tương túc
với các vật thé khác thi vận lốc cia nó không ngững biên đối theo
thời gian và như vậy chất điểm thu được gia tốc Chất điểm có quán tính lớn sẽ thu được gia tốc bé và ngược lại chát điểm có quán tính
bé sẽ thu được gia tóc lớn,
Vậy khi cho hai chất điểm tương tác với nhau thì theo định luật [HH hai vật đó chịu tác dụng của hai lực có độ lớn băng nhau.
Theo định luật Il vat nào trong hai vat đó có khôi lượng lớn hơn thi
thu gia tốt nhỏ hơn tức là thay đối vận tốc chậm hơn, Nói một cách
khác, vật nao có khói lượng lớn hơn thi cang khó thay đổi van tốc
hon, ite là có mức quan tinh lớn hơn Dé là ý nghĩa vat lý thực sw
cus khái niệm Khoi lượng,
SVTH : Nguyễn Thị Hông 33
Trang 35Luda van tất aghi¢n GVHD : Thay Nguyên Khắc Nhạp
Mat khác, thực nghiệm chi rang lực do trai dat tac dụng len các chất điểm M,, M 6 cũng 1 vị trí bang mya) va man VỚI, yy
Vee tod gia toe ¢ la như nhau doi với mọi chat diem eo khôi
lượng khac nhau ở cũng 1 vị tri Do dé, chat điểm nao co khỏi lượng ldén hon sé chịu trai dat hat nó một lực hướng về phía tam trái dat
lớn hơn Ở trên ta da nói rằng khối lượng cua chính điểm là đại
lượng vật ly đặc Lrưng cho mức quán tỉnh cua no, O đây ta thay rang
khói lượng quản tinh cua chat điểm liên hệ với mức hấp dân của no Dai lượng vat ly đặc trưng cho mức hap dân cua chính điểm gói là khói lượng hap dán cua nó Thee nghiém với độ chính xác rat lớn khang định ring : Khôi lượng quan tinh của chất điểm bang khôi
lượng hap dan cua nó
Tóm lại : Khôi lượng về mat định tính — cua chất điểm là đại
lượng vat lý đặc trưng cho mức hấp đẫn và mức quán tính cia nó.
Đến đây khái niệm khối lượng đã được hiếu tnột cách tổng
quát đấy du theo đúng nghia cia một đại lượng vật lý Điêu nảycàng chứng té su quan trong cia định luật Newton
B4: THỰC TẾ GIANG DAY
O PTTH, da số các giáo viên không dua ra thí nghiệm khi
day về ba định luat Newton, ma chỉ thu nhân định luật Newton
như một nguyên ly lớn trong đó mối định luật chi là mot bộ phanhọp thành Nghia là giáo viên không dung con đường thực nghiệm
dé rut ra ba định luật Newton Boi lề, nêu thực hiện được thi
nghiệm chứng minh eae định luật Newton thi kết qua thi nghiệm
đội khi chưa hoan toan pho hợp với noi dung phat biếu cua dinh
luật Bên cạnh đó ở một sở Lrường PTTH vấn con chưa có dung cu
SVTH : Nguyễn Thị Hong M
Trang 36Lun van tit nghi¢p GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhap
thì nghiệm dé giáo viên có cơ hội kiêm chưng hay chứng minh các
tịnh luật Newton Day la còn chưa kê về mat thời gian quy định cua mot tiêt học Nêu chỉ thưa nhận nội dung biểu thức cua định luật
ma không chủ trong vao việc tiên hành thi nghiệm kiếm chứng hay
chứng minh định luật dé rút ra ý nghĩa vat ly cua định luật thie thal
la một thiêu sót khi giang day vật ly cho học sinh Day là thực tế
gây trở ngại với giáo viên ở các trường PTTH bình thường Đôi với
các trường chuyên có lê van dé nay được tiên hành tích cực hơn
Trang 37Lada van til aghi¢p GVHD : Thay Nguyên Khác Nhạp
CHƯƠNG HH
CÁC LUC CƠ HỌC
Chang ta da biết lực la nguyên nhân làm biên đổi chuyên
dong gây ra gia tóc cho vat Lue xuất hiện khi các vat Lương tac với
nhau Thoat nhìn, có thé nghĩ rằng Lương tác giữa các vật trong tu
nhiên co rat nhieu loai, ta có the phan chỉn lực nhu sau :
+ Lue hap dân (trong lực là trường hựp riêng + Lite điện tự ; Gom các lực con lai không có ngọai lệ Lực làm một quá bóng tích điện dính vào tường và lực mà thanh nam
cham hut cai định sat là một thi dụ về lực điện từ Thue tê, ngoai lực
hap đân, mọi lực ma ta có thé thứ nghiệm trực tiếp như lực kéo, lực
day déu là lực điện từ khi xét một cách sát xao, tức là thực chất déu
do nguyễn tứ vòng tác dụng vào nguyên tự khác Thi du: Lue căng
của sợi đây được duy trì chỉ vì các nguyên tứ của sợi dây hút lan
nhau.
+ Lực yêu: tham gia trong một số loại phân xã phóng xa
+ lực mạnh :L ức “gan” các proton và nơtron lại với nhau
trong hạt nhân nguyên từ.
Trên day, chi la một trong những cách phân chia các lực Các
chuyên đồng cơ học that muôn hình, muốn vé Các lực tác dung môi
thứ một khác Vay trong tu nhiên phải chang có rất nhiêu loại lực ?
thật ra không phai như vay Sự phong phú cua các chuyên động co học chi là kết qua của một số ít loại lực.
Chương này giúp tu hiểu ro người ta da vận dụng 3 định luậi
Newton để xác định đậc điểm của từng loại lực như thế nào,
SVTH :,Nguyên Thị Hong ì6
Trang 38Lage van tt aghign GVHD : Thay Nguyễn Khắc Nhap
De đơn gian, ta có thê phan chia lực trong hệ tự nhiên lain 2
luại: lực thé va lực không the
PHAN A: LUC THE VÀ TRƯỜNG LUC THE
A.l ai niệm | é:
Trường lực là khoảng không gian vat lý ma chat điểm dat tại
mỗi điểm cua no chịu tác dung của lực chi phụ thuộc vào vị trí của
điểm ay Véc to lực cua trường F F ce 1 khong phụ thuộc vao vận tộc Vo va gia tốc a của chất điểm Trudng lực ma véc tơ
lực cua nó được biếu điển dưới dang:
Nêu véc to lực của trường không những chí phụ thuộc vào vị
trí cua chất điểm mà còn phụ thuộc tường mỉnh vào thời gian t,nghĩa là Fe F (r,t) đây là trường lực không dừng Khi đó, véc tơlực được biếu điển dưới dang:
Fir ,L0=- grad U¢r,t) (2)
Nói chung Ế là một ham cua các toa độ của chat diém va
cũng có thế là một ham cia thời gian t, ở đây, ta chi xét F là hàm
Trang 39uận màu tốt nghiép GVHD : Thay Nguyên Khắc Nhap
Tư (3), ta thay rang các thành phan của lực thê thoa man
tiểu kiện sau:
eal 0: Se ay SS OFX _ 9
ˆ 7 =
ov On cz aly OV Oz
Hay Ror k= 0 (4)
Các thành phan cua lực dan hối, lực hap dan, lực tinh điện
thỏa man diéu kiến (4) Vay các lực này là những lực the
A.3 Phân loại - Ta chi xét các lực thé cơ ban : Lue hap dan,
lực dan hồi
A.2.1 Lực hấp đẫn và trường hấp dẫn:
A.2.1.1 Khái niệm về trường hấp dan:
Đề giải thích lực hấp dẫn, người ta cho rằng xung quanh một
vật có khối lượng, 3 1 trường hap dan Biểu “hiện cụ thể của trường
hấp dẫn là: bất kỳ vật nào có khối lượng đặt tại một vị trí trong không gian cia trường hấp dẫn đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn.
Ở đây, ta xét trường hấp dẫn cúa một chất điểm khối lượng M.
A.2.1.2 Định luật van vật hấp dan cia Newton:
- Giá thuyết vẻ sự tốn tai lực hap dấn qua là lạ lùng vi nó
trai với những quan sat thông thường Hới vì nêu như vậy thi các vật
xung quanh ta sé hút nhau nhưng thực tế quan sát ta nhận thay
chung khong hut nhau Nguyên nhân do dau ?
- Cée nha vát ly thich xem xét các hiện tượng có ve không có
liên quan gì với nhau đe chứng mình rang có the tim được mot he
thức, néu xem xét chúng mot cách can ké hon Cuộc tìm tôi sự thông
SVTH : Nguyễn Thị Héng =
Trang 40Luan oan tet ughign GVHD; Thay Nguyễn Khắc Nhap
nhat do da bat dau hang nhiều thé ky Co giải thoại kế lại rang, sự
phát hiện ra định luật nay chi là một sự tình cơ khi Newton nhìn
thay một qua tae roi ở trong vườn, Sự that thị không don grain như
vay Eư rat lau, ngưới ta cho rang tra: dat là nơi duy nhất co trong
lực Mai đến cuoi the ky 17, hiện tượng qua táo rơi da dat ra cho
Newton nhiều điêu nghỉ van, tất nhiên phải trai qua một qua trình
nghiền cứu lau dat mới tam ra định luật đó chứ không phai do mot
hiện tượng qua tao rung Nam 1665, chang trai 23 tuôi ISSACNewton’ da co mét công hiện co bán cho vật ly hoe, khi anh chứngminh rang lực giữ mat trang trên quy dạo cũng chính lá luc làm cho
qua táo rơi Newton la người dau tiên da liện hệ sự rơi tự do của các
vất ở trên mật dat với chuyên đông của mật trăng xung quanh trái
đất,
Ngày nay, chúng ta cho diéu đó là di nhiên đến nói không dé
gihiéu nói cách nhìn cú, cho rằng chuyến động của những vật dưới
dat và những vật trên trời là thuộc loại khác nhau và bị chi phối bởinhững định luật khác nhau.
- Newton kết luân rằng không những trái dat hút quả tao va
mắt trang mà moi vất trong vũ tru déu hút mọi vat khác , chúng ta
it quen với ý tưởng nay vì sức hút quen thuộc cua trái dat vào các
vat trên mat dat lớn đến nói nó che khuat su hap dan ma các vật
trên mat dat ay tac dung vào nhau
- Tư tương vẻ lực hấp dan da được nhiều nha bác học nghiên
cứu đên trước đó như Kepller, Decartes, Hooke vvw nhưng den mang tỉnh tan mạn va chưa chính xác, Vi thê, Newton sau 20 nam
SVTH : Nguyễn Thi Hồng ìU