Chương 2 ðộng lực học

CHƯƠNG ÐỘNG LỰC HỌC I ÐỊNH LUẬT NEWTON Nội dung định luật Hệ qui chiếu quán tính Nguyên lý tương đối Galileo II ÐỊNH LUẬT NEWTON Sự va chạm hai vật Khối lượng quán tính Khái niệm xung lượng Khái niệm lực Phát biểu định luật Newton III Đ Ị NHLUẬT NEWTON IV CÁC LỰC TRONG TỰ NHIÊN Lực đàn hồi Lực ma sát V ỨNG DỤNG CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ HỌC NEWTON VI CÁC LỰC QUÁN TÍNH Lực quán tính ly tâm Lực Corialis VII CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG Công Công suất Đ ộngnăng định lý động Trường Cơ bảo toàn I ÐỊNH LUẬT I NEWTON Nội dung định luật TOP Vật tự do: Vật tự vật không chịu lực tác dụng từ vật kháïc Trong thực tế vật hoàn toàn tự do, người ta coi vật chịu lực tác dụng nhỏ từ vật khác, vật tự Với khái niệm vật tự do, định luật I Newton phát biểu sau: Vật tự mãi đứng yên mãi chuyển động thẳng Về phương diện toán học, véctơ vận tốc vật tự biểu diễn là: Ðịnh luật I Newton nói lên tính chất quán tính vật thể, tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động (Khi đứng yên không muốn chuyển động chuyển động không muốn thay đổi vận tốc dừng lại); Vì định luật I Newton gọi định luật quán tính Hãîy tưởng tượng bạn ngồi xe ôtô Khi xe bắt đầu chạy, bạn hành khách khác bị ngã phía sau Khi xe đột ngột dừng lại bạn bị chúi phía trước Khi xe lượn vòng sang phải bạn bị nghiêng phía trái Hiện tượng bạn hành khách khác có quán tính nên giữ nguyên trạng thái chuyển động cũ Hệ qui chiếu quán tính TOP Hệ qui chiếu quán tính hệ qui chiếu gắn lên vật tự hệ qui chiếu định luật I Newton nghiệm Vì có vật tự hoàn toàn nên hệ qui chiếu quán tính hoàn toàn, song người ta chọn hệ qui chiếu gần hệ qui chiếu quán tính Hệ qui chiếu có gốc mặt trời trục hướng xác định gọi hệ qui chiếu quán tính Copernie mặt trời chuyển động với vận tốc thay đổi chậm thiên hà Xét cách gần đúng, xem hệ qui chiếu gắn với điểm tráïi đất hệ qui chiếu quán tính, điểm vừa quay quanh mặt trời vừa tự xoay quanh trục Ngoài hệ qui chiếu quán tính, người ta sử dụng hệ qui chiếu không quán tính, hệ qui chiếu gắn với vật chuyển động có gia tốc không đổi thay đổi theo thời gian Nguyên lý tương đối Galileo TOP Các thí nghiệm Galileo dẫn đến nguyên lý vô quan trọng tự nhiên phát biểu là: Mọi hệ qui chiếu quán tính tương đương phương diện học Ý nghĩa thực tiển nguyên lý nầy tượng vật lý xảy hoàn toàn hệ qui chiếu quán tính Nguyên lý kiểm chứng thực nghiệm sau: Cho giọt nước rơi xuống sàn từ cốc treo trần khoang tàu Trong hai trường hợp tàu đứng yên hay chuyển động với vận tốc không đổi giọt nước rơi thẳng đứng, tàu chuyển động mà chúng lại rơi lệch phía cuối tàu Vậy với thí nghiệm học, phân biệt hệ qui chiếu quán tính với hệ qui chiếu quán tính khác Khi có hệ qui chiếu chuyển động thẳng với giả thiết hệ đứng yên hệ chuyển động so với hệ thứ Lưu ý: Quỹ đạo chuyển động khác hệ qui chiếu quán tính khác Trong ví dụ trên, ta đứng tàu để quan sát thấy giọt nước rơi theo phương thẳng đứng, ta đứng bờ quan sát thấy giọt nước tàu rơi theo quỹ đạo cong Công thức cộng vận tốc Phát biểu nguyên lý cộng vận tốc Galileo: Vận tốc chất điểm hệ qui chiếu quán tính K vận tốc hệ qui chiếu quán tính K cộng với vận tốc hệ qui chiếu K( so với hệ qui chiếu K Một cách tổng quát : Khi sử dụng công thức người ta giả thuyết thời gian trôi giống hệ qui chiếu Trên thực tế, hệ qui chiếu quán tính chuyển động với vận tốc tương đối lớn (gần với vận tốc ánh sáng) công thức (2.2) không II ÐỊNH LUẬT II NEWTON Sự va chạm hai vật TOP Theo định luật I Newton, vật thay đổi vận tốc chuyển động vật không vật tự Lúc chịu tác dụng ngoại lực Nói cách khác, lực nguyên nhân làm thay đổi vận tốc chuyển động vật Thực nhiều thí nghiệm va chạm khác nhau, người ta thấy: vận tốc viên bị sau va chạm biến đổi phương chiều độ lớn tùy theo điều kiện tương tác cụ thể, độ biến thiên vận tốc chúng phương, ngược chiều thoả hệ thức chung: Khối lượng quán tính TOP Từ biểu thức (2 6) rút số nhận xét sau: Khái niệm xung lượng TOP Hai vật có vận tốc có khối lượng khác xung lượng chúng khác nhau, va chạm với viên bi khác chúng truyền cho viên bi vận tốc khác Như vậy, xung lượng đặc trưng đầy đủ cho truyền tương tác vật với Khái niệm lực TOP Khi vật chuyển động chịu tương tác lực vận tốc vật bị biến đổi xung lượng thay đổi Vậy, lực đại lượng véctơ, lực tác dụng lên chất điểm đạo hàm xung lượng chất điểm theo thời gian Phát biểu định luật Newton TOP Phương trình (2.13) gọi phương trình động lực học chất điểm Nó sử dụng khối lượng vật thay đổi Lời giải: Ví dụ 2: Một xe lửa có khối lượng m = chuyển động với vận tốc 40 Km/h gặp đàn cừu ngang qua đường ray cách xe lửa 80 m Tính giá trị lực hãm cho xe lửa không đụng vào đàn cừu ? Lời giải: III ÐỊNH LUẬT III NEWTON TOP Qua thí nghiệm tương tác viên bi rút công thức: Ðây công thức định luật III Newton, phát biểu sau : Hai vật tương tác tác dụng lẫn hai lực có phương ngược chiều, độ lớn có điểm đặt khác Như tự nhiên, lực xuất có tương tác, tương tác xảy vật, từ cho thấy lực tự nhiên xuất thành cặp Mặc dù độ lớn hai lực tác dụng tác dụng khác vật có khối lượng quán tính khác nên gia tốc vật thu khác Ðiều giải thích xe đụng phải xe đạp, xe đạp bị hất tung vài chục mét xe lệch vài mét IV CÁC LỰC TRONG TỰ NHIÊN TOP Do lực xuất thành cặp cặp có tính chất ( tạo từ tương tác) người ta phân chia loại lực thông qua dạng tương tác chúng Có bốn dạng tương tác chủ yếu: 1-Tương tác hấp hẫn 3-Tương tác mạnh 2-Tương tác điện từ 4-Tương tác yếu