CHƯƠNG IV . CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN 1. Hệ kín Một hệ vật gọi là hệ kín nếu chỉ có các vật trong hệ tương tác lẫn nhau (gọi là nội lực)mà không có tác dụng của những lực từ bên ngoài (gọi là ngoại lực), hoặc nếu có thì phải triệt tiêu lẫn nhau 2. Định luật bảo toàn động lượng a.Động lượng:Động lượng → p của một vật là một véc tơ cùng hướng với vận tốc và được xác định bởi công thức → p = m → v Độ lớn : p =m.v Đơn vị động lượng là kgm/s b.Định luật bảo toàn động lượng : +Vectơ tổng động lượng của một hệ kín được bảo toàn + → 1 p + → 2 p + … + → n p = p r không đổi , hay : ê ê ' h h p p= r r c.Mối liên hệ giữa động lượng và xung lượng của lực. 2 → p - 1 → p = → F ∆t hay → ∆p = → F ∆t Độ biến thiên động lượng của một vật trong khoảng thời gian nào đó bằng xung lượng của tổng các lực tác dụng lên vật trong khoảng thời gian đó. *Ý nghĩa : Lực tác dụng đủ mạnh trong một khoảng thời gian thì có thể gây ra biến thiên động lượng của vật. 3: Công. a:Định nghĩa: Công của lực không đổi → F tác dụng lên một vật và điểm đặt của lực đó chuyển dời một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc α thì công của lực → F được tính theo công thức : A = Fscosα = .F s r r b. các trường hợp đặc biệt. + Khi α là góc nhọn cosα > 0, suy ra A > 0 ; A gọi là công phát động. + Khi α = 90 o , cosα = 0, suy ra A = 0 ; khi đó lực → F không sinh công. + Khi α là góc tù thì cosα < 0, suy ra A < 0 ; khi đó A gọi là công cản. c .Đơn vị công. Đơn vị công là jun (kí hiệu là J) : 1J = 1Nm *Chú ý.Các công thức tính công chỉ đúng khi điểm đặt của lực chuyển dời thẳng và lực không đổi trong quá trình chuyển động. 4. Công suất. :Công suất là đại lượng đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian. P = t A = .F v r r Ý nghĩa : công suất đặc trưng cho tốc độ sinh công của vật Đơn vị công suất là jun/giây, được đặt tên là oát, kí hiệu W. **Hiệu suất A A H ' = <1 5.Động năng. a.Định nghĩa:Động năng là dạng năng lượng mà vật có được do nó đang chuyển động. W đ = 2 1 mv 2 trong đó m(kg);v(m/s),W đ (J) b. Tính chất :Động năng là đại lượng vô hướng dương, có tính tương đối A 12 > 0 : động năng tăng c. Định lí động năng 2 1 mv 2 2 - 2 1 mv 1 2 = A 12 A 12 < 0 : động năng giảm 6. Thế năng :. a. Thế năng trọng trường. Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật ; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. Nếu chọn mốc thế năng tại mặt đất vật có khối lượng m đặt tại độ cao z là : W t = mgz b .Thế năng đàn hồi. 2 2 1 kxW đh = ; k (N/m)là độ cứng của lò xo. x(m): là độ biến dạng Đặc điểm : Hiệu thế năng vị trí đầu và vị trí cuối bắng công lực thế : A thế = W t1 – W t2 Lực thế là lực mà công không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối( trong lực , lực đàn hồi) , công lực thế trên quỹ đạo kín bằng 0, lực ma sát, lực phát động của động cơ không phải lực thế Công trong lực: A p = mg(z 1 – z 2 ) Công lực đàn hồi 2 2 1 2 2 2 dh F kx kx A = − z 1 , z 2 độ cao so với mặt gốc thế năng(m) x 1 ,x 2 (m) độ biến dạng của lò xo , K(N/m) độ cứng lò xo 7.Cơ năng Tổng động năng và thế năng W = W đ + W t + Định luật bảo toàn cơ năng : Cơ năng của những vật chịu tác dụng của những lực thế luôn bảo toàn W 1 = W 2 ⇒ ∆ W = 0 ⇒ ∆ W t = - ∆ W đ ⇒ (W đ ) max = (W t ) max + Trường hợp trong lực : 2 1 mv 1 2 + mgz 1 = 2 1 mv 2 2 + mgz 2 + Trường hợp lực đàn hồi : 2 1 mv 2 + 2 1 k(x) 2 = hằng số + Khi vật chịu tác dụng của lực không phải là lực thế thì cơ năng của vật biến thiên lothe AWWW =∆=− 12 8.Va chạm 1.Va chạm đàn hồi(trực diện xuyên tâm): + Động lượng được bảo toàn. + Cơ năng được bảo toàn. *Vận tốc của từng quả cầu sau va chạm đàn hồi trực diện ( ) 21 22121 ' 1 2 mm vmvmm v + +− = ( ) 21 22212 ' 2 2 mm vmvmm v + +− = *Nhận xét: o Hai qua cầu có khốí lượng bằng nhau: 21 mm = thì 1 ' 22 ' 1 ; vvvv == → Có sự trao đổi vận tốc. o Hai quả cầu có khối lượng chênh lệch Giả sử 21 mm >> và 0 1 =v ta có thể biến đổi gần đúng với 2 1 0 m m ≈ ta thu được , , 1 2 2 0;v v v= = − 2.Va chạm mềm: + Động lượng được bảo toàn. + Cơ năng không bảo toàn - một phần cơ năng chuyển thành nhiệt. - Định luật bảo toàn động lượng: ( ) mv M m V= + . - Độ biến thiên động năng của hệ: 1 W W d d M M m ∆ = − + * NX : 0<∆ đ W chứng tỏ động năng giảm đi một lượng trong va chạm. Lượng này chuyển hoá thành dạng năng lượng khác, nhu toả nhiệt, 10. Các định luật kê-ple o Định luật 1 : Mọi hành tinh đều chuyển động theo các quỷ đạo elip mà Mặt Trời là một tiêu điểm. o Định luật 2: Đoạn Thẳng nối mặt trời và một hành tinh bất kỳ quét những diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian như nhau. o Định luật 3: Tỉ số giữa lập phương bán trục lớn và bình phương chu kỳ quay là giống nhau cho mọi hành tinh quay quanh Mặt Trời. 2 3 2 2 3 2 2 1 3 1 n n T a T a T a == CHƯƠNG V : CƠ HỌC CHẤT LƯU 1. Áp suất của chất lỏng : Chất lỏng luôn tạo lực nén lên mọi vật trong nó. Áp suất tại vị trí khảo sát bằng với lực nén lên một đơn vị diện tích đặt tại đó. S F p = Đặc điểm : o Tại mọi điểm của chất lỏng, áp suất theo mọi phương là như nhau. o Áp suất ở độ sâu khác nhau thì khác nhau. * Đơn vị : trong hệ SI là Pa (hay N/m 2 ) Atmosphe vật lý : 1atm = 1,013.10 5 Pa Milimet thủy ngân: 1torr = 1mmHg = 1,33 Pa 1atm = 760mmHg= 760 torr 2. Áp suất thủy tĩnh ở độ sâu h : p = p a + ρgh Trong đó: - p (Pa)là áp suất thủy tĩnh hay áp suất tĩnh của chất lỏng. - h (m)là độ sâu so với mặt thoáng. - p a (Pa)là áp suất khí quyển - ρ(kg/m 3 ) khối lượng riêng của chất lỏng 3. Nguyên lí Pascal. Độ tăng áp suất lên một chất lỏng chứa trong bình kín được truyền nguyên vẹn cho mọi điểm của chất lỏng và thành bình. p = p ng + ρgh p ng (Pa) là áp suất từ bên ngoài nén lên mặt chất lỏng. 4.Lưu lượng của chất lỏng A( m 3 /s) . A = v 1 .S 1 = v 2 .S 2 ⇒ 1 2 2 1 S S v v = o Khi chảy ổn định, lưu lượng chất lỏng trong một ống dòng là không đổi. o Trong một ống dòng, tốc độ của chất lỏng tỉ lệ nghịch với tiết diện của ống. v 1 , v 2 là vận tốc chất lỏng trong ống dòng tiết diện S 1 , S 2 . 5. Định luật Bec-nu-li cho ống dòng nằm ngang. Trong một ống dòng nằm ngang, tổng áp suất tĩnh và áp suất động tại mọi điểm bất kì luôn là hằng số. const=+ 2 .v 2 1 p ρ trong đó: p (Pa): là áp suất tĩnh. 2 v 2 1 ρ : áp suất động. ⇒ Hệ quả :trong ống dòng, ở nơi có vận tốc lớn (tiết diện nhỏ) thì áp suất tĩnh nhỏ; nơi có vận tốc nhỏ thì áp suất tĩnh lớn CHƯƠNG VI :CHẤT KHÍ 1 . Tính chất của chất khí - Bành trướng, Dễ nén, Có khối lượng riêng nhỏ so với chất lỏng và chất rắn. 2. Cấu trúc của chất khí Chất được tạo từ các phân tử, các phân tử tương tác liên kết với nhau tạo thành những phân tử. Mỗi chất khí được tạo thành từ các phân tử giống hệt nhau. Mỗi phân tử có thể bao gồm một hay nhiều nguyên tử. 3.Các khái niệm cơ bản a. Mol: 1 mol là lượng chất trong đó có chứa một số phân tử hay nguyên tử bằng số nguyên tử chứa trong 12 gam Cacbon 12. b. Số Avogadro: Số nguyên tử hay phân tử chứa trong 1 mol của mọi chất đều bằng nhau và gọi là số Avogadro N A N A = 6,02.10 23 mol -1 c. Khối lượng mol: Khối lượng mol của một chất (ký hiệu µ) được đo bằng khối lượng của một mol chất ấy. d. Thể tích mol: Thể tích mol của một chất được đo bằng thể tích của một mol chất ấy. Ở điều kiện chuẩn (0 o C, 1atm), thể tích mol của mọi chất khí đều bằng 22,4 lít/mol hay 0,0224 m 3 /mol. 4. Thuyết động học phân tử chất khí: o - Chất khí gồm các phân tử có kích thước rất nhỏ (có thể coi như chất điểm). o - Các phân tử chuyển động nhiệt hỗn loạn không ngừng. Nhiệt độ càng cao thì vận tốc chuyển động nhiệt càng lờn. o - Giữa hai va chạm, phân tử gần như tự do và chuyển động thẳng đều. o - Khi chuyển động, các phân tử va chạm với nhau làm chúng bị thay đổi phương và vận tốc chuyển động, hoặc va chạm với thành bình tạo nên áp suất của chất khí lên thành bình. 5. Cấu tạo phân tử của chất: - Chất được cấu tạo từ những phân tử (hoặc nguyên tử) chuyển động nhiệt không ngừng. - Ở thể khí, các phân tử ở xa nhau, lực tương tác giữa các phân tử yếu nên chúng chuyển động về mọi phía nên một lượng khí không có thể tích và hình dạng xác định. - Ở thể rắn và thể lỏng, các phân tử ở gần nhau, lực tương tác giữa chúng mạnh, nên các phân tử chỉ dao động quanh một vị trí cân bằng. Do đó khối chất lỏng và vật rắn có thể tích xác định. - Ở thể rắn, các vị trí cân bằng của phân tử là cố định nên vật rắn có hình dạng xác định. - Ở thể lỏng thì các vị trí cân bằng có thể di chuyển nên khối chất lỏng không có hình dạng xác định mà có thể chảy. 6.Khí lý tưởng Khí lý tưởng (theo quan điểm vĩ mô) là khí tuân theo đúng hai định luật Boyle-Mariotte và Charles. Ở áp suất thấp, có thể coi khí thực như là khí lý tưởng. 7. Nhiệt độ tuyệt đối o - Nhịêt giai Kelvin là nhiệt giai trong đó không độ (0 K) tương ứng với nhiệt độ -273 o C và khoảng cách nhiệt độ1kelvin (1K) bằng khoảng cách 1 o C. o - Nhiệt độ đo trong nhịêt giai Kelvin được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, ký hiệu T. T = t +273 Phương trình TTKLT 2 22 1 11 T Vp T Vp = Phương trình Claperon-Mendeleep RT m RTpV µ ν == Hay : const T pV = Định luật Boilo-Marot Định luật Saclo Định luật Gayluysac Quá trình Đẳng nhiệt T = const ⇒ pV = hằng số Đẳng tích V = const ⇒ const T p = ( ) γt1pp 0 += Đẳng áp P = const ⇒ const T V = Phát biểu Ở nhiệt độ không đổi, tích của áp suất p và thể tích V của một lượng khí xác định là một hằng số. Khi thể tích không đổi áp suất của một khối khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối Thể tích V của một lượng khí có áp suất không đổi thì tỉ lệ với nhiệt độ tuyệt đối của khí. .CHƯƠNG VII : CHẤT RẮN VÀ CHẤT LỎNG – SỰ CHUYỂN THỂ I.Chất rắn 1.Chất rắn: được chia thành 2 loại : chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình. Chất rắn kết tinh được cấu tạo từ các tinh thể, có dạng hình học Chất vô định hình không có cấu trúc tinh thể nên không có dạng hình học. 2.Tinh thể và mạng tinh thể - Tinh thể là những kết cấu rắn có dạng hình học xác định. - Mạng tinh thể Tinh thể là cấu trúc tạo bởi các hạt (nguyên tử, phân tử, ion) liên kết chặt chẽ với nhau bằng những lực tương tác và sắp xếp theo một trật tự hình học trong không gian xác định gọi là mạng tinh thể. 3. Chuyển động nhiệt ở chất rắn kết tinh và chất rắn vô định hình. o Mỗi hạt cấu tạo nên tinh thể không đứng yên mà luôn dao động quanh một vị trí cân bằng xác định trong mạng tinh thể. Chuyển động này được gọi là chuyển động nhiệt (ở chất kết tinh). o Chuyển động nhiệt ở chất rắn vô định hình là dao động của các hạt quanh vị trí cân bằng. o Khi nhiệt độ tăng thì dao động mạnh. 4. Tính dị hướng o Tính dị hướng ở một vật thể hiện ở chỗ tính chất vật lý theo các phương khác nhau ở vật đó là không như nhau. o Trái với tính di hướng là tính đẳng hướng. o Vật rắn đơn tinh thể có tính dị hướng. o Vật rắn đa tinh thể và vật rắn vô định hình có tính đẳng hướng II. Biến dạng của vật rắn 1 Biến dạng đàn hồi :Khi có lực tác dụng lên vật rắn thì vật bị biến dạng. Nếu ngoại lực thôi tác dụng thì vật có thể lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu. Biến dạng vật rắn lúc này được gọi là biến dạng đàn hồi và vật rắn đó có tính đàn hồi. 2. Biến dạng dẻo (biến dạng còn dư) Khi có lực tác dụng lên vật rắn thì vật bị biến dạng. Nếu ngoại lực thôi tác dụng thì vật không thể lấy lại hình dạng và kích thước ban đầu. Biến dạng vật rắn lúc này được gọi là biến dạng dẻo (biến dạng còn dư) và vật rắn đó có tính dẻo. Giới hạn đàn hồi: Giới hạn trong trong đó vật rắn còn giữ được tính đàn hồi của nó. 3.Biến dạng kéo và biến dạng nén. Định luật Hooke. +Biến dạng kéo : Ngoại lực tác dụng làm vật dài ra +Biến dạng nén: ngoại lực tác dụng , vật ngăn lại + Ứng suất kéo (nén ): Là lực kéo (hay nén) trên một đơn vị diện tích vuông góc với lực. S F σ = S (m 2 ): tiết diện ngang của thanh F (N) : lực kéo (nén) σ (N/m 2 , Pa) : ứng suất kéo (nén) +Định luật Hooke “Trong giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối kéo hay nén của thanh rắn tiết diện đều tỉ lệ thuận với ứng suất gây ra nó.” o l l∆ ∼ S F hay : o l l ∆ = E S F hay : σ = E.ε o l l∆ : độ biến dạng tỉ đối E (N/m): suất đàn hồi +Lực đàn hồi l l o ∆= E.S F dh hay |F đh | = k.∆l ∆ l (m) : độ biến dạng (độ dãn hay nén) o l E.S k = : hệ số đàn hồi (độ cứng) của vật (N/m) 4.Giới hạn bền - Giới hạn bền được biểu thị bằng ứng suất của ngoại lực S F b = b σ (N/m 2 hay Pa) σ b : ứng suất bền. F b : Lực vừa đủ làm vật hư hỏng. III. Sự nở vì nhiệt của vật rắn : 1. Sự nở dài : Độ tăng chiều dài ∆l = αl o (t – t o ) Công thức sự nở dài : l = l o + ∆l = l o [1 + α (t – t o )] α : hệ số nở dài (K – 1 hay độ – 1 ), phụ thuộc vào bản chất của chất làm thanh. 2. Sự nở khối : V = V o + ∆V = V o [1 + β(t – t o )] β : hệ số nở khối (K – 1 hay độ – 1 ) β = 3α II.Chất lỏng : 1. Cấu trúc của chất lỏng a Mật độ phân tử Mật độ phân tử ở chất lỏng lớn gấp nhiều lần mật độ phân tử ở chất khí và gần bằng mật độ phân tử trong chất rắn. b. Cấu trúc trật tự gần Tương tự cấu trúc của chất rắn vô định hình, nhưng vị trí các hạt thường xuyên thay đổi. 2. Chuyển động nhiệt ở chất lỏng Trong chất lỏng, mỗi phân tử tương tác với các phân tử khác ở gần. Nó dao động quanh một vị trí cân bằng tạm thời và từng lúc sau tương tác, nó nhảy sang một vị trí mới, rồi lại dao động quanh vị trí cân bằng mới này, và cứ thế tiếp tục. Đó là hình thức chuyển động nhiệt ở chất lỏng. 3. Hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng Những hiện tượng như : Giọt nước có dạng hình cầu, bong bóng xà phòng có dạng hình cầu, nhện có thể di chuyển trên mặt nước,… liên quan đến hiện tượng căng bề mặt của chất lỏng. Lực căng bề mặt : có các đặc điểm sau - Điểm đặt: trên đường giới hạn của bề mặt. - Phương : vuông góc với đường giới hạn bề mặt và tiếp tuyến với bề mặt của khối lỏng. - Chiều : hướng về phía màng bề mặt khối chất lỏng gây ra lực căng đó. - Độ lớn : F = σ.l σ (N/m) : hệ số căng bề mặt (suất căng bề mặt) lĐường giới hạn có thể là : đường biên, đường phân chia trên bề mặt khối lỏng. 4. Hiện tượng dính ướt và không dính ướt: Tùy thuộc vào bản chất của chất lỏng và chất rắn mà có thể xảy ra hiện tượng dính ướt hay không dính ướt. +Hiện tượng dính ướt: lực tương tác giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng mạnh hơn lực hút giữa các phân tử chất +Không dính ướt:Khi lực tương tác giữa các phân tử chất rắn với các phân tử chất lỏng yếu hơn lực hút giữa các phân tử chất lỏng ⇒ Mặt thoáng chất lỏng : - Khi chất lỏng dính ướt thành bình :mặt chất lỏng ở chỗ sát thành bình là một mặt lõm. - Khi chất lỏng không dính ướt thành :mặt chất lỏng ở chỗ sát thành bình là một mặt lồi. 5. Hiện tượng mao dẫn o Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng dâng lên hay hạ xuống của mực chất lỏng ở bên trong các ống có bán kính trong nhỏ, trong vách hẹp, khe hẹp, vật xốp,… so với mực chất lỏng ở ngoài. o Công thức tính độ chênh lệch mực chất lỏng do mao dẫn dg 4 h ρ σ = σ (N/m) : hệ số căng bề mặt của chất lỏng ρ (N/m 3 ) : khối lượng riêng của chất lỏng g (m/s 2 ) : gia tốc trọng trường d (m) : đường kính trong của ống. h (m) : độ dâng lên hay hạ xuống. . W 2 ⇒ ∆ W = 0 ⇒ ∆ W t = - ∆ W đ ⇒ (W đ ) max = (W t ) max + Trường hợp trong lực : 2 1 mv 1 2 + mgz 1 = 2 1 mv 2 2 + mgz 2 + Trường hợp lực đàn hồi : 2 1 mv 2 + 2 1 k(x) 2 . ) 21 22 121 ' 1 2 mm vmvmm v + +− = ( ) 21 22 2 12 ' 2 2 mm vmvmm v + +− = *Nhận xét: o Hai qua cầu có khốí lượng bằng nhau: 21 mm = thì 1 ' 22 ' 1 ; vvvv == → Có sự trao đổi. cơ không phải lực thế Công trong lực: A p = mg(z 1 – z 2 ) Công lực đàn hồi 2 2 1 2 2 2 dh F kx kx A = − z 1 , z 2 độ cao so với mặt gốc thế năng(m) x 1 ,x 2 (m) độ biến dạng của lò xo