Bài giảng Vật lý đại cương 1: Chương 2 TS. Trần Ngọc

Bài giảng Vật lý đại cương 1: Chương 2 TS. Trần NgọcMục tiêu của bài giảng Vật lý đại cương 1: Chương 2 là nhằm giúp cho các bạn nêu được đặc điểm của các lực cơ học; các định luật Newton, các định lí về định lượng, momen động lượng; vận dụng giải các bài toán cơ bản về động lực học trong HQC quán tính và không quán tín

ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM

BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 1

T.S Trần Ngọc Chương 2 ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

MỤC TIÊU

Sau bài học này, SV phải :

– Nêu được đặc điểm của các lực cơ học

– Nêu được các đ/luật Newton , các đ/lí về đlượng , momen đ/lượng

– Vận dụng giải các bài toán cơ bản về

động lực học trong HQC quán tính và

không quán tính

NỘI DUNG

2.2 KHÁI NIỆM LỰC , KHỐI LƯỢNG

2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON

2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC 2.5 ĐỘNG LƯỢNG

2.6 MÔMEN ĐỘNG LƯỢNG

2.7 NGUYÊN LÍ TƯƠNG ĐỐI GALLILÉE 2.8 LỰC QUÁN TÍNH

2.0 – KHÁI NIỆM BAN ĐẦU

2) Khái niệm về khối lượng:

– Là số đo mức quán tính của vật và mức độ hấp dẫn của vật đối với vật khác

– Kí hiệu: m

– Đơn vị: ( kg )



F

Định luật 1 (định luật quán tính):

Khi không có lực bên ngoài

hoặc hợp lực tác dụng lên vật

bằng không thì một vật đang

đứng yên sẽ vẫn đứng yên, nếu

vật đang chuyển động nó sẽ tiếp

tục chuyển động với cùng chiều

và tốc độ như cũ

• Định luật Newton I:

Định luật 2:

Nếu hợp lực tác dụng lên một vật khác

không, vật sẽ chuyển động có gia tốc Lực

và gia tốc của vật được liên hệ với nhau bởi công thức:

• Định luật Newton II: FhL

F   

Phương trình cơ bản

động lực học

cùng độ lớn nhưng có chiều ngược lại:

Lưu ý:

2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG

4) Các lực cơ học: a) Lực hấp dẫn – trọng lực:

Trọng lực: Là lực hấp dẫn của Trái Đất tác

dụng vào vật, có tính đến ảnh hưởng của chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất

2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG

4) Các lực cơ học: a) Lực hấp dẫn – trọng lực:

Gia tốc rơi tự do:

Là gia tốc rơi của các vật trong chân không, chỉ dưới tác dụng của trọng lực

2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG

4) Các lực cơ học: b) Lực đàn hồi:

dh

• Xuất hiện khi vật bị biến dạng

• Ngược chiều với chiều biến

dạng

• Tỉ lệ với độ biến dạng

2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG

4) Các lực cơ học: b) Lực đàn hồi:

• Lực căng dây

có bản chất là lực đàn hồi

• Phản lực pháp tuyến

của mặt tiếp xúc cũng có bản chất là lực đàn hồi

2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG

4) Các lực cơ học: c) Lực ma sát:

2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG

4) Các lực cơ học: c) Lực ma sát:

Lực ma sát tĩnh (nghỉ):

• Xuất hiện khi vật có

xu hướng trượt trên mặt tiếp xúc

2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG

4) Các lực cơ học: c) Lực ma sát:

Lực ma sát động:

• Xuất hiện khi vật

trượt (hoặc lăn) trên mặt tiếp xúc

• Tỉ lệ với tiết diện cản

và tỉ lệ bậc nhất với vận tốc (hoặc bậc 2, nếu vận tốc lớn)

• Ngược chiều chiều

chuyển động

2 c

Tóm lại, về bản chất, các lực cơ học gồm:

Lưu ý đặc điểm và biểu thức định lượng của các lực

r

r r

m

m G

Mm G

2.3- PP ĐỘNG LỰC HỌC:

B1: Phân tích các lực tác dụng lên vật

B2: Áp dụng phương trình cơ bản của động

lực học:

B3: Chiếu lên các trục toạ độ

B4: Giải hệ pt và biện luận kết quả

VÍ DỤ 1:

Vật khối lượng m , chuyển động dưới tác

dụng của lực đẩy F 2 và lực kéo F 1 như hình

vẽ Tính gia tốc của vật, biết hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt đường là 

Đáp số:

m

mg )

sin (cos

F )

sin (cos

F

a  1      2      

m

mg )

sin (cos

F

a  1      

m

mg )

sin (cos

BÀI TẬP LDB N2-9

Hai vật có khối lượng m 1 = 2kg, m 2 = 1kg được buộc vào hai đầu sợi dây,

vắt qua ròng rọc (hình 2.13) Bỏ qua khối lượng dây và ròng rọc, bỏ qua

ma sát ở trục ròng rọc Dây không

dãn và không trượt trên ròng rọc

Tính gia tốc của các vật, lực căng dây

Cho cơ hệ như hình vẽ Bỏ qua ma sát ở trục ròng rọc,

khối lượng dây và ròng rọc Dây không giãn, không trượt trên ròng rọc Hệ số ma sát giữa m 1 và mặt nghiêng là  Tính gia tốc của các vật, biết m 2 đi xuống



ma sát thì a = ?

Nếu  = 0 thì a = ?

Ví dụ 3:

Vật m = 4kg đặt trên mặt phẳng nghiêng góc  = 30 0 so với phương ngang thì nó trượt xuống dưới với gia tốc 2m/s 2 Tính lực ma sát và hệ số ma sát Muốn vật trượt lên trên dốc nghiêng với gia tốc 2m/s 2 , phải tác dụng lực

F = ? theo phương nghiêng góc  = 30 0 so với mpn?

   F ms 12 3

0,346 Pcos  40 3 / 2  5 



Ví dụ 4:

Cho cơ hệ như hình vẽ m 1 = 3kg, m 2 = 2kg,  = 30 0 , hệ

số ma sát giữa m 1 với mặt bàn là  = 0,2 Tính lực kéo

F để m 2 đi lên với gia tốc a = 0,5 m/s 2 ? Giả sử không có lực kéo F thì m 2 đi xuống với gia tốc a’ = bao nhiêu?

Đặc điểm của vectơ động lượng:

Xác định động lượng của hệ 2 chất điểm m 1 = 200g và m 2 = 300g chuyển động với vận tốc v 1 = 4m/s và v 2 = 2m/s, biết rằng:

1

p



2 p

2) Định lí về động lượng:

d p

F dt

Ví dụ:

Quả bóng nặng 300g , đập vào tường với vận tốc 6m/s theo hướng hợp với tường một góc 60 o rồi nảy ra theo hướng đối

xứng với hướng tới qua pháp tuyến của mặt tường với tốc độ cũ Tính xung

lượng mà tường đã tác dụng vào bóng

trong thời gian va chạm và độ lớn trung bình của lực do tường tác dụng vào

bóng, nếu thời gian va chạm là 0,05s

3) ý nghĩa động lượng, xung lượng:

• Động lượng:

– Đặc trưng cho chuyển động về mặt

ĐLH

– Đặc trưng cho khả năng truyền chuyển

động trong các bài toán va chạm

• Xung lượng:

– Đặc trưng cho tác dụng của lực vào vật

2.4- ĐỘNG LƯỢNG:

4) Định luật bảo toàn động lượng:

– Cô lập, không có ngoại lực

– Tổng các ngoại lực triệt tiêu

– Nội lực rất lớn so với ngoại lực

Chú ý: Hệ kín theo phương nào thì động lượng của hệ theo phương ấy sẽ bảo toàn

2.4- ĐỘNG LƯỢNG:

120m/s Xác định vận tốc của mảnh thứ hai

2.4- ĐỘNG LƯỢNG:

Mômen động lượng của chất điểm c/đ tròn:

Mômen lực đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực

O / F

Mômen lực: 2.5- MÔMEN ĐỘNG LƯỢNG:

Ví dụ : một thợ sửa ống nước amateur, không thể mở được đoạn ống nước bằng cách xoay mạnh mỏ lếch bằng tay Anh ta sử dụng

cái mỏ lếch Khoảng cách từ tâm xoay của đoạn ống nước tới

lực tạo ra tại tâm quay của đoạn ống nước

Ví dụ:

• Trên một mặt phẳng nằm ngang nhẵn, có một chất điểm khối lượng m được buộc vào một sợi dây mảnh, nhẹ, không co giãn Khi chất điểm chuyển động tròn quanh tâm O, người ta kéo đầu kia của sợi dây qua một lỗ

O nhỏ với vận tốc không đổi Tính lực căng dây theo khoảng cách r giữa chất điểm và

O, biết rằng khi r = r 0 thì vận tốc góc của

chất điểm là 0

2 0

BÀI TẬP B2.1 (LDB N2-6)

Một vật bắt đầu trượt

xuống trên một mặt phẳng

nghiêng hợp với mặt phẳng

ngang góc α= 45 0 Khi trượt

được quãng đường s = 36,4

BÀI TẬP B2.2 (LDB N2-8)

Một ôtô khối lượng một tấn,

chuyển động trên đường

ngang, hệ số ma sát giữa

bánh ôtô và mặt đường là 0,1

Tính lực kéo của động cơ

trong trường hợp ôtô chuyển

động đều; nhanh dần đều với

gia tốc 2m/s2

• ĐS:

• 980 N

• 2980 N

BÀI TẬP B2.3

• Một ôtô khối lượng một

tấn, chuyển động đều trên

đường dốc, có độ dốc 4% ,

hệ số ma sát giữa bánh ôtô

và mặt đường là 0,1 Tính

lực kéo của động cơ trong

hai trường hợp: xe lên

dốc; xe xuống dốc

• Đs:

• 1372 N

• 588 N

BÀI TẬP B2.5 (LDB N2-11) Một bản gỗ A được đặt trên một mặt

phẳng nằm ngang Bản A được nối với

một bản gỗ B khác bằng một sợi dây

không giãn, vắt qua một ròng rọc cố

định (hình 2.24) Khối lượng của ròng

rọc và của dây không đáng kể

a)Tính lực căng của dây nếu m A =

200g , m B = 300g , hệ số ma sát giữa bản

A và mặt phẳng ngang là k = 0,25

b)Nếu hoán đổi vị trí của A và B thì

lực căng dây sẽ là bao nhiêu? (Hệ số

ma sát vẫn như cũ)

BÀI TẬP LDB N2-15

Một vật có khối lượng m = 200

g được treo ở đầu một sợi dây

dài ℓ = 40 cm ; vật quay trong

2.6- NG LÝ TƯƠNG ĐỐI GALILÉE:

2) Quan điểm về t/g trong CHCĐ:

- Các hiện tượng cơ học xảy ra giống nhau trong

các HQC khác nhau hay không?

3) Phép biến đổi Galilée:

2.6- NG LÝ TƯƠNG ĐỐI GALILÉE:

- Khoảng không gian là bất biến trong các hqc:

M/O M/O' O'/O

- Xuất hiện khi k/s vật trong HQC không qt

- Ngược chiều với gia tốc của HQC

- Không có phản lực

Ví dụ:

• Một xô nhỏ đựng nước được buộc vào sợi

dây dài a = 40cm, rất nhẹ, không co giãn Quay tròn đều xô nước trong mặt phẳng

thẳng đứng Tính vận tốc quay nhỏ nhất để nước không chảy ra ngoài

1) Lực quán tính li tâm:

2.7- LỰC QUÁN TÍNH:

FC r

2.7- LỰC QUÁN TÍNH:

a)Lực ma sát giữa khối m và M

b)Gia tốc của khối m và M đối với

mặt phẳng ngang

Đs: 1,8 N; 0,09 m/s 2

4,9 N; 7,5 & 0,25 m/s 2

BÀI TẬP B2.6A (LDB N2-24)

Một viên đạn khối lượng 10 g

chuyển động với vận tốc v 0 =

200 m/s đập vào một tấm gỗ và

xuyên sâu vào một đoạn ℓ Biết

thời gian chuyển động của viên

đạn trong tấm gỗ t = 4.10 -4 s

Xác định lực cản trung bình

của tấm gỗ lên viên đạn và độ

xuyên ℓ của viên đạn

Đs:

Fc = -5000N

ℓ = 4 cm

BÀI TẬP LDB N2-35

Xác định lực nén của phi công

vào ghế máy bay ở các điểm

cao nhất và thấp nhất của vòng

nhào lộn, nếu khối lượng của

phi công bằng 75 kg , bán kính

của vòng nhào lộn bằng 200 m

và vận tốc của máy bay trong

vòng nhào lộn luôn không đổi

và bằng 360 km/giờ

Đs:

F = 6P = 4500 N 4P = 3000 N

BÀI TẬP B2.4

Một tàu điện bắt đầu xuất phát, chuyển động với gia tốc 0,5m/s 2 không đổi 12 giây sau khi bắt đầu chuyển động, người ta tắt động cơ của tàu điện và tàu chuyển động chậm dần đều cho tới khi dừng hẳn Trên toàn bộ quãng đường, hệ số ma sát luôn bằng 0,01 Tìm:

a)Vận tốc lớn nhất của tàu

b)Thời gian từ lúc xuất phát cho đến khi tàu dừng c)Gia tốc của tàu trong ch động chậm dần đều

d)Quãng đường mà tàu đã đi được