Chương 2 động lực học chất điểm

41 Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC Chương ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Động Lực Học nghiên cứu mối quan hệ biến đổi trạng thái chuyển động vật ngun nhân làm biến đổi trạng thái chuyển động Chương nghiên cứu mối quan hệ gia tốc chất điểm, hệ chất điểm với lực tác dụng lên Các phương trình động lực học rút áp dụng cho vật có kích thước nhỏ – chất điểm Vì thế, nói “vật” ta hiểu vật chất điểm §2.1 – CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON Cơ sở Động Lực Học ba định luật Newton Isaac Newton – nhà Vật Lý người Anh (1642 – 1727) Trong cơng trình “Các tiên đề tốn học triết học tự nhiên”, cơng bố năm 1687, ơng phát biểu định luật học cổ điển, thiết lập định luật vạn vật hấp dẫn, nghiên cứu tán sắc ánh sáng khởi thảo sở phép tính vi phân tích phân – Định luật Newton thứ I: Một vật lập, nghiã hồn tồn khơng chịu tác dụng vật khác, mãi đứng n (nếu đứng n) chuyển động thẳng (nếu chuyển động) Nói khác, vật lập bảo tồn trạng thái chuyển động → → ( v = const ) Đây thuộc tính vật chất, gọi qn tính vật Vì thế, định luật I Newton gọi định luật qn tính Trên thực tế, khơng có vật lập tuyệt đối, mà có vật chịu tác dụng lực cân bằng, định luật I Newton nghiệm – Định luật Newton thứ II: a) Khái niệm lực: Trong sống, ta thấy rõ nhiều tượng vật tác dụng vào vật Chẳng hạn như: nâng vật lên cao, tay ta tác dụng vào vật vật đè lên tay ta; nam châm để gần đinh sắt hút đinh sắt, … Để đặc trưng cho tác dụng đó, người ta đưa khái niệm lực Lực đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng vật vào vật khác, số đo tác động học đối tượng khác tác dụng vào vật Số đo đặc trưng cho hướng độ lớn tác dụng Lực kí hiệu F (Force) Trong hệ SI, lực có đơn vị newton (N) Lực → đại lượng vectơ ( F ) khái niệm Động Lực Học → - Phương lực F : cho biết phương tác dụng - Chiều F → : cho biết chiều tác dụng 42 - Giáo Trình Vật Lý Đại Cương – Tập 1: Cơ – Nhiệt – Điện → Độ lớn F : cho biết độ mạnh, yếu (cường độ) tác dụng → Điểm đặt F : cho biết vị trí (điểm) chịu tác dụng Dưới tác dụng lực, vật thu gia tốc bị biến dạng Chương khơng nghiên cứu biến dạng vật, nghiên cứu quan hệ gia tốc chất điểm với lực tác dụng vào Nếu tổng vectơ hai lực đặt vào chất điểm khơng có mặt tác động đo lực khơng phản ánh chuyển động chất điểm Hai lực gọi hai lực cân Trong học, ta phân biệt ba loại lực: ƒ Các lực hút tương hỗ vật – gọi lực hấp dẫn ƒ Các lực xuất vật tiếp xúc trực tiếp tác dụng lên Các lực có chung chất lực đàn hồi ƒ Các lực kết tương tác hai vật tiếp xúc nhau, chuyển động tương Các lực gọi lực ma sát Bản chất đặc điểm lực này, trình bày rõ §2.2 b) Khái niệm khối lượng: Mọi vật có xu hướng bảo tồn trạng thái chuyển động ban đầu Thuộc tính gọi qn tính vật Mức qn tính vật đặc trưng đại lượng vật lý khối lượng Ta nói: khối lượng số đo mức qn tính vật Qn tính vật thể gia tốc mà thu có ngoại lực tác dụng định lượng định luật II Newton: F = ma Ta thấy, với lực tác dụng, trạng thái chuyển động biến đổi nhỏ (gia tốc nhỏ) khối lượng (qn tính) vật lớn ngược lại Khối lượng đại lượng đặc trưng cho mức hấp dẫn vật vật khác Theo Newton, lực hấp dẫn Trái đất vật F = mg Như vậy, vật, ta viết: F = m i a F = m g g Trường hợp thứ nhất, khối lượng số đo qn tính vật, nên gọi khối lượng qn tính kí hiệu mi Trường hợp thứ hai, khối lượng số đo tương tác hấp dẫn vật với Trái đất, nên gọi khối lượng hấp dẫn kí hiệu mg Tuy nhiên, rơi tự do, vật có gia tốc a = g nên suy khối lượng qn tính khối lượng hẫp dẫn trị số: mi = mg = m (2.1) Hệ thức (2.1) kết luận vững vật lý đại Trên sở đó, ta đến khái niệm khối lượng sau: Khối lượng số đo mức 43 Chương 2: ĐỘNG LỰC HỌC qn tính vật mức hấp dẫn vật vật khác Trong hệ SI, đơn vị đo khối lượng kilơgam (kg) bảy đơn vị Khối lượng khơng phải đại lượng bất biến Thuyết tương đối hẹp Einstein rằng, khối lượng m vật tăng theo vận tốc v (xem chương m0 m= 5) theo cơng thức: (2.2) v2 1− c Trong m0 khối lượng vật lúc đứng n (khối lượng nghỉ), c = 3.108 m/s vận tốc ánh sáng chân khơng Tuy nhiên, phạm vi học cổ điển, v