lÝ THUYẾT CƠ - NHIỆT bdhsg

+ Phương của lực + Chiều của lực cho biết lực tác dụng lên vật theo chiều nào + Độ lớn của lực * Lưu ý: - Trong mặt phẳng tập hợp các đường thẳng song song xem như là một phương.. Cân bằ

Trang 1

Đề cương cơ học - nhiệt học THCS Trang 1 Người soạn: Võ Văn Quốc

PHẦN I: LÝ THUYẾT CƠ HỌC

B LÝ THUYẾT TĨNH HỌC

1 Các đại lượng cơ bản:

1.1 Khối lượng – Trọng lượng

Khối lượng ký hiệu là: m đơn vị đo khối lượng kg (đọc là kilogam)

Trọng lượng ký hiệu là chữ: P đơn vị đo trọng lượng N (đọc là Niu Tơn)

P = 10.m

Ví dụ: một vật có trọng lượng 5 Kg Vậy vật đó có trọng lượng bằng bao nhiêu Niu Tơn?

Ta có P = 10 m = 10.5 = 50 N

1.2 Khối lượng riêng – Trọng lượng riêng:

* Khối lượng riêng riêng ký hiệu là: D đơn vị đo khối lượng riêng Kg/m3

m D V

=

m: khối lượng vật (kg) V: thể tích của vật (m3)

Ví dụ: khối lượng riêng của nước là 1000kg/m3 có nghĩa là 1 m3 nước có khối lượng 1000kg

* Trọng lượng riêng ký hiệu là: d đơn vị đo là N/m3

P d V

= P: trọng lượng của vật (N)

V: thể tích của vật (m3)

Ví dụ: Trọng lượng riêng của nước là 10000N/m3 có nghĩa là 1 m3 nước có trọng lượng 10000N Lưu ý: d = 10.D

2 Các lực cơ bản:

2.1 Khái niệm vec tơ lực:

Lực là một đại lượng véc tơ Để xác định véc tơ lực chúng ta xác định 4 yếu tố của lực:

+ Điểm đặt của lực: cho biết lực tác dụng lên vật ở vị trí nào?

+ Phương của lực

+ Chiều của lực (cho biết lực tác dụng lên vật theo chiều nào)

+ Độ lớn của lực

* Lưu ý:

- Trong mặt phẳng tập hợp các đường thẳng song song xem như là một phương.

- Trên một phương chỉ có hai chiều.

2.2 Các loại lực cơ bản:

2.2.1: Trọng lực:

Trọng lực hút của Trái Đất lên các vật trên bề mặt của nó gọi là trọng lực

Vec tơ trọng lực ký hiệu Pr: được xác định:

+ Điểm đặt: tại trọng tâm của vật

+ Phương: thẳng đứng

+ Chiều từ trên hướng xuống

+ Độ lớn của trọng lực bằng trọng lượng vật: P = 10.m

2.2.2 Lực masat:

Lực ma sát ký hiệu F rms có:

+ Phương trùng với phương chuyển động

+ Chiều ngược chiều chuyển động (ngược chiều với lực phát động)

+ Độ lớn dựa vào lực phát động

Trang 2

2.2.3 Lực đẩy Acsimet.

Lực đẩy Acsimet là lực tác dụng của chất lỏng lên vật nhúng chìm trong nó Ký hiệu véc tơ lựcF rA

Véc tơ lực F rA được xác định bởi các yếu tố sau:

+ Điểm đặt: tại tâm của phần vật chìm trong nước

+ Phương: thẳng đứng

+ Chiều: từ trên xuống dưới

+ Độ lớn FA=d V.

D: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

V: thể tích của phần vật chìm trong nước hay thể tích nước bị vật chiếm chỗ (m3)

2.2.4 Lực căng dây và phản lực:

a) Lực căng dây (sức căng dây):

Khi vật được treo vào một sợi dây, vật kéo dây một lực P(trọng lực) làm cho dây bị căng thẳng, ngược lại dây cũng tác dụng lên vật một lực T có phương hướng dọc theo sợi dây, lực T gọi là lực căng dây

Sợi dây kéo thường được xem là khối lượng không đáng kể và không co dãn Khi đó: sức căng tại mọi điểm trên sợi dây là như nhau

b) Phản lực:

Khi một vật đè lên một mặt phẳng, vật sẽ chịu tác dụng lực từ phía dưới mặt phẳng Lực này vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc lực này gọi là phản lực

Ví dụ hình trên: khi vật đặt trên mặt ngang nó ép lên mặt ngang một lực có độ lớn P (trọng lực),

ngược lại mặt sàn cũng tác dụng lên vật một phản lực N.

2.3 Điều kiện cân bằng:

2.3.1 Cân bằng trong chuyển động tịnh tiến:

- Một vật cân bằng khi tổng các véc tơ lực tác dụng lên vật = 0 (∑Fr= 0r)

- Một vật cân bằng khi trên mọi phương: tổng độ lớn các lực kéo vật theo chiều này bằng tổng độ lớn các lực tác dụng lên vật theo chiều ngược lại

Ví dụ: vật trên mặt phẳng nằm ngang cân bằng vì chịu tác dụng của hai lực cân bằng Nr và Pr1: như phát biểu trên ta có: Nr + Pr1 = 0  N = P

- Hòn bi được treo trên sợi dây: chịu tác dụng của hai lực cân bằng Tr và Pr2 :

Ta có: Tr + Pr2 = 0  T = P

P r

T r

P r

N r

Trang 3

2.3.2 Cân bằng trong chuyển động quay:

a) Khái niệm momen lực:

Momen lực là đại vật lý đặc trưng cho mức độ quay nhanh hay chậm của chuyển động quay, được

đo bằng tích độ lớn của lực với cánh tay đòn của nó Cánh tay đòn là khoảng cách từ tâm quay đến phương của lực

Momen ký hiệu là chữ: M đơn vị đo Nm

M = F.l F: độ lớn lực tác dụng (N)

l: cánh tay đòn của lực (m)

b) Điều kiện cân bằng trong chuyển động quay:

Một vật cân bằng khi tổng các momen lực tác dụng lên vật theo chiều này bằng tổng các momen lực tác dụng lên vật theo chiều ngược lại.

2.4 Công – Công suất – Hiệu suất:

2.4.1 Công cơ học:

Khái niệm: Khi có một lực F tác dụng lên vật làm vật dịch chuyển được một quãng đường S, ta nói lực F thực hiện được một công cơ học Gọi tắt là công

Công thức tính công: công có độ lớn được xác định bằng độ lớn của lực F tác dụng lên vật với quãng đường S dịch chuyển của vật

A = F.S 2.4.2 Công suất

Công suất là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công trong một đơn vị thời gian Được tính bằng công thực hiện chia cho thời gian thực hiện công

2.4.3 Hiệu suất:

Ký hiệu H: (H 1≤ )

tp

ci

A

H=

Aci, Atp: công có ích và công toàn phần

2.5 Các loại máy cơ đơn giản:

Bài toán đặt ra là để nâng vật từ dưới mặt đất lên độ cao h có cách nào làm thì lợi nhiều nhất?

2.5.1 Mặt phẳng nghiêng:

* Xét trường hợp không có ma sát:

- Để nâng một vật A có trọng lượng P lên độ cao h thực hiện bằng hai cách:

+ Nâng vật trực tiếp theo phương thẳng đứng khi đó công thực hiện: A 1 = P.h

+ Nâng vật bằng mặt phẳng nghiêng có chiều dài l và lực kéo vật lên mpn F công kéo: A 2 = F.l

Cả hai cách đều thực hiện để đưa vật nặng lên độ cao h hay A 1 = A 2 = A

⇔A = P.h = F. l

P r

T r

P r

N r

t A

p=

Trang 4

* Trường hợp có ma sát:

Khi có ma sát:

Công nâng vật lên độ cao h theo phương thẳng đứng gọi là công có ích: A ci = P.h

Công kéo vật lên độ cao h theo mặt phẳng nghiêng gọi là công toàn phần: A tp = F.l

Khi đó: A tp > Aci

Ta có hiệu suất của mặt phẳng nghiêng H.

tp

ci

A

H=

2.5.2 Đòn bẩy

Thanh AB, có điểm tựa O (là tâm quay của thanh) Thanh chịu tác dụng của hai lực F1và F2 tại hai điểm A và B, có phương thẳng đứng

Theo điều kiện cân bằng trong chuyển động quay ta có:

F 1 d 1 = F 2 d 2

OB F OA F OA

OB d

d F

F

2

1 1

2 2

⇔

d 1 : cánh tay đòn của lực F 1 (đơn vị đo là mét)

d 2 : Cánh tay đòn của lực F 2 (đơn vị đo là mét)

* Lưu ý: Cánh tay đòn là khoảng cách từ tâm quay (O) đến phương của lực.

2.5.3 Ròng rọc:

a Ròng rọc cố định: là ròng rọc có trục quay cố định.

d2

d1

1

F r

B

A

O

2

F r

Trang 5

Không có lợi về lực, cũng không có lợi về quãng đường

Theo điều kiện cân bằng vật A:

Theo tính chất của lực căng dây:

Theo điều kiện câng trong chuyển động quay bằng của ròng rọc ta có:

Từ (1), (2) và (3)

* Vậy khi sử dụng ròng rọc cố định không có lợi gì về lực

b Ròng rọc động:

* Xét trường hợp: dây không dãn, ròng rọc và dây có khối lượng không đáng kể.

* Khi sử dụng rồng rọc động có lợi gì về lực hay không?

- Theo điều kiện cân bằng của vật B:

- Ta lại có

T2 = T1 =

2

P

(2)

- Theo điều kiện cân bằng của ròng rọc cố định:

Từ (1), (2) và (3) ta suy ra:

- Khi sử dụng 1 ròng rọc động thì có lợi hai lần về lực

P r

1

T r

2

T r

F r

A

⇒F = P

B

P r

1

T r

1

T r

2

T r

F r

2

P

F =

⇒

Trang 6

* Khi sử dụng ròng rọc động thì có lợi gì về quãng đường hay không?

- Trong hình 1: chiều dài l sợi dây được tính bằng công thức:

3 2

1 l l l

- Trong hình 2:

' 3

' 2

'

1 l l l

- Từ (1) và (2) ta được:

' 3

' 2

' 1 3 2

1 l l l l l

l + + = + + (3)

- Mặt khác ta lại có:

h l l

s l l

−

=

−

=

+

=

2

' 3 2

' 2 1

' 1

(4)

- Từ (3) và (4) ta được:

) ( ) ( )

3 2

1 l l l s l h l h

l + + = + + − + −

h

s=2

⇒

* Từ kết quả trên, ta thấy khi sử dụng 1 ròng rọc động để nâng vật lên cao một đoạn h thì ta phải dịch thì ta phải dịch chuyển một quãng đường s = 2h Vậy khi sử dụng hệ thống có 1 ròng rọc động thì ta

thiệt hại 2 lần về quãng đường

* Mở rộng: Nếu trong trường hợp hệ có n ròng rọc động thì có lợi 2n lần về lực: F P n

2

= và có hại

2n lần về quãng đường S = h.2n

Khi đó công nâng vật B lên độ cao h được tính bằng công thức:

A = F.S = P n

2 h.2n = P.h

* Kết luận: khi sử dụng các máy cơ đơn giản ta không có lợi gì về công: nếu có lợi bao nhiêu lần về quãng đường thì có hại bấy nhiêu lần về lực.

* Xét trường hợp: dây không dãn, ròng rọc có khối lượng đáng kể.

Công nâng vật lên độ cao h theo phương thẳng đứng gọi là công có ích: A ci = P.h

Công của lực kéo F đi quãng đường S gọi là công toàn phần: A tp = F.S

Hiệu suất của hệ ròng rọc:

tp

ci

A

H=

2.5 Phương pháp giải bài toán tĩnh học:

Dạng 1: bài toán cân bằng:

Bước 1: Xem vật chịu tác dụng của những lực nào?

Bước 2: Xác định điểm đặt, phương, chiều, độ lớn (nếu có) của từng lực

Bước 3: Xét điều kiện cân bằng:

S

' 3

l

' 2

l

' 1

l

1

l

3

l

2

l

h

B B

Trang 7

+ Trong chuyển động tịnh tiến

+ Trong chuyển động quay (nếu có)

Bước 4: Lập thêm các phương trình dựa vào đề bài cho, dựa trên các tỉ lên hệ: khối lượng, thể tích, chiều dài,…

Bước 5: Giải hệ phương trình tìm được để tìm các ẩn số

Dạng 2: bài toán về công – công suất:

Bước 1: Tính công có ích

Bước 2: Tính công toàn phần

Bước 3: Xét các trường hợp:

* Không có ma sát (không yếu tố cản trở): Aci = Atp

* Có ma sát (có yếu tố cản trở): tp

ci

A

H =

Bước 3: Kết hợp bài toán, lập các phương trình và tìm các ẩn số.

3 Áp lực – Áp suất – Bình thông nhau:

3.1 Áp lực:

Áp lực là lực có phương vuông góc bới mặt (mặt mà lực tác dụng lên) bị ép

Áp lực được ký hiệu là F

3.2 Áp suất:

Áp suất là đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ tác dụng của áp lực lên một đơn vị diện tích bị ép

Áp suất được tính bằng công thức:

S

F

p =

p: là áp suất đơn vị đo (N/m2, Pa) 1N/m2 = 1 Pa (Paxcan)

1at (at mốt phe) = 103.000 Pa F: áp lực (N)

S: diện tích bị ép (m2)

3.3 Áp suất chất lỏng – Bình thông nhau:

3.3.1 Áp suất chất lỏng:

Khi một vật trong lòng chất lỏng chịu tác dụng của áp suất chất lỏng theo mọi phương

Độ lớn của áp suất phụ thuộc vào độ cao của cột chất lỏng và loại chất lỏng

p = d.h

p: áp suất chất lỏng d: trọng lượng riêng của chất lỏng (N/m3)

h: độ cao của cộ chất lỏng (khoảng cách từ một điểm đang xét đến mặt thoáng chất lỏng) (m)

* Trong chất lỏng các điểm nằm trên một mặt phẳng nằm ngang có áp suất

bằng nhau

3.3.2 Bình thông nhau:

Bình gồm có hai ống thông nhau gọi là bình thông nhau như hình bên:

Cho vào bình thông nhau cùng một chất lỏng thì độ cao của chất lỏng ở hai cột luôn bằng

nhau

* Lưu ý: chất lỏng có tính chất đặc biệt, trong một ống chất lỏng áp suất sẽ truyền

nguyên vẹn từ vị trí này đến vị trí khác Đặc điểm nàu được dung để chế tạo các máy thủy

lực.

Có bình thông nhau có hai nhánh, mỗi nhánh được đậy kín ở bởi hai pittông A có tiết diện S1 và pittông B có tiết diện S2

h

 A

Trang 8

Nếu chúng ta tác dụng lên A một lực F1, khi đó A ép lên chất lỏng 1 áp suất

1

S

F

p= (1)

Áp suất p này sẽ được truyền nguyên vẹn đến B

dụng lên B Nên ta có

2

S

F

p= (2)

Từ (1) và (2) suy ra

2 2 1

1

S

F S

F

p= =

F1

F2

S2

A

Trang 9

PHẦN II: LÝ THUYẾT NHIỆT HỌC

1 Khái niệm và nguyên lý nhiệt:

1.1 Nhiệt năng:

Tổng động năng của các nguyên tử, phân tử cấu tạo nên vật gọi là nhiệt năng của vật

1.2 Nhiệt lượng:

Nhiệt năng mà vật nhận thêm vào hay mất bớt đi trong trong quá trình truyền nhiệt được gọi

là nhiệt lượng

Nhiệt lượng được ký hiệu: Q đơn vị đo nhiệt lượng J

1.3 Nguyên lý truyền nhiệt:

Trong quá trình truyền nhiệt:

+ Nhiệt truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp

+ Quá trình truyền nhiệt cho đến khi nhiệt độ của các vật bằng nhau thì dung lại

+ Tổng nhiệt lượng tỏa ra bằng tổng nhiệt lượng thu vào:

Qtỏa ra = QThu vào

Ví dụ: cho hòn bi sắt nung nóng đến 100oC vào cốc nước ở nhiệt độ phòng (30oC)

Theo nguyên lý truyền nhiệt:

+ Nhiệt truyền từ hòn bị sắt (tỏa nhiệt)  cốc nước (thu nhiệt)

+ Đến khi nhiệt độ của hòn bi sắt và nước bằng nhau thì quá trình truyền nhiệt dừng lại

+ Nhiệt lượng tỏa ra của hòn bi bằng nhiệt lượng thu vào của cốc nước

2 Các hiện tượng vật lý:

2.1 Sự nở vì nhiệt của các chất:

Các chất nở ra khi nóng lên và co lại khi lạnh đi

2.2 Quá trình thu nhiệt và tỏa nhiệt:

2.2.1 Nhiệt lượng thu vào để vật nóng lên:

Công thức tính nhiệt lượng thu vào của vật:

Q tv = m.c.∆t

Q tv : Nhiệt lượng thu vào để vật nóng lên (J)

m: Khối lượng vật (kg)

c: Nhiệt dung riêng của chất (J/kg.K)

Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần truyền cho 1 kg một chất tăng lên thêm 10C

Ví dụ: nhiệt dung riêng của nhôm là: 880 J/kg.K con số này có ý nghĩa là nhiệt lượng cần truyền cho 1 kg nhôm tăng thêm 1oC là 880 J

∆t: độ tăng nhiệt độ của vật (oC)

∆t = t 2 – t 1 (trong đó t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 lànhiệt độ lúc sau của vật)

Ví dụ: Truyền nhiệt cho nước để nước tăng từ 25oC đền 80oC Trong trường hợp này nhiệt độ ban đầu là t1 = 25oC, nhiệt độ lúc sau là t2 = 80oC khi đó độ tăng nhiệt độ ∆t = t2 – t1 = 80 – 25 = 55oC

* Lưu ý: khi vật nhận nhiệt thì nhiệt độ vật tăng lên Có nghĩa là nhiệt độ ban đầu nhỏ hơn nhiệt độ lúc sau.

Bài toán 1: Tính nhiệt lượng thu vào để 2 kg nước tăng từ 25oC đền 80oC Biết nhietj dụng riêng của nước 4200J/kg.K

Tóm đề:

m = 2kg

c = 4200 J/kg.K

t1 = 25oC

t2 = 80oC

Q = ? J

Giải:

Độ tăng nhiệt độ của vật

∆t = t2 – t1 = 80 – 25 = 55oC Nhiệt lượng thu vào để nước tăng từ 25oC đền

80oC

Q = m.c ∆t = 2.4200.55 = 462000 J

2.2.2 Nhiệt lượng tỏa ra  vật giảm nhiệt độ.

Trang 10

Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra của vật:

Q tv = m.c.∆t’

∆t’: độ giảm nhiệt độ của vật (oC)

∆t = t 1 – t 2 (trong đó t1 là nhiệt độ ban đầu, t2 lànhiệt độ lúc sau của vật)

* Lưu ý: khi vật tỏa nhiệt lượng thì nhiệt độ của vật giảm Nghĩa là nhiệt độ ban đầu lớn hơn nhiệt độ lúc sau của vật.

2.3 Quá trình nóng chảy – Quá trình đông đặc.

2.3.1 Quá trình nóng chảy:

a Khái niệm:

Quá trình nóng chảy là quá trình một chất chuyển từ thể rắn sang trạng thái lỏng

Quá trình nóng là quá trình thu nhiệt

b Công thức tính nhiệt lượng thu vào để chất nóng chảy:

Q = λ.m

m: khối lượng chất bị nóng chảy (kg)

λ: Nhiệt nóng chảy (J/kg) Nhiệt nóng chảy là nhiệt lượng cần truyền để 1 kg một chất nóng chảy hoàn toàn

Ví dụ: nhiệt nóng chảy của nước đá: λ =3,4.105J / kg Con số này có ý nghĩa là nhiệt lượng cần truyền cho 1kg nước đá nóng chảy hoàn toàn thành nước là 3,4.105 J

Lưu ý:

+ Một chất chỉ nóng chảy khi nó ở nhiệt độ nóng chảy

+ Trong suốt thời gian nóng chảy nhiệt độ của vật không thay đổi (ở nhiệt độ nóng chảy)

Ví dụ: Nhiệt độ nóng chảy của nước đá là 0oC

+ Chỉ khi nào nước đá ở 0oC thì mới bắt đầu nóng chảy

+ Trong suốt thời gian nóng chảy nước đá ở nhiệt độ 0oC

2.3.2 Quá trình đông đặc:

a Khái niệm:

Quá trình nóng chảy là quá trình một chất chuyển từ thể lỏng sang trạng thái rắn

Quá trình nóng là quá trình tỏa nhiệt

b Công thức tính nhiệt lượng tỏa ra để chất động đặc:

Q = λ.m

m: khối lượng chất đông đặc (kg)

λ: Nhiệt động đặc (J/kg) Nhiệt đông đặc là nhiệt lượng tỏa ra khi 1 kg một chất chuyển từ thể lỏng sang thể rắn Nhiệt đông đặc có giá trị bằng nhiệt nóng chảy Điều này có nghĩa là một khối lượng chất khi nóng chảy cần thu một nhiệt lượng bao nhiêu thì khi đông đặc tỏa ra nhiệt lượng bấy nhiêu

Ví dụ: nhiệt đông đặc của nước đá: λ =3,4.105J / kg Con số này có ý nghĩa là nhiệt lượng tỏa ra khi 1kg nước đông đặc hoàn toàn thành 1 kg nước đá 3,4.105 J

Lưu ý:

+ Một chất chỉ đông đặc khi nó ở nhiệt độ đông đặc.

+ Trong suốt thời gian đông đặc nhiệt độ của vật không thay đổi (ở nhiệt độ đông đặc) + Nhiệt độ đông đặc cũng chính là nhiệt độ nóng chảy.

Ví dụ: Nhiệt độ đông đặc của nước đá là 0oC

+ Chỉ khi nào nước đá ở 0oC thì mới bắt đầu đông đặc

+ Trong suốt thời gian đông đặc nước đá ở nhiệt độ 0oC

* Quá trình đông đặc và nóng chảy có thể được mô tả như mô hình sau:

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	298,5 KB