Sử dụng tiếng anh cho vật lí trong phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - NGUYỄN THÙY LINH SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HÀ NỘI, 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - NGUYỄN THÙY LINH SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học GV ThS HOÀNG VĂN QUYẾT HÀ NỘI, 2018 LỜI CẢM ƠN Trước trình bày nội dung luận văn, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GV.ThS Hoàng Văn Quyết người định hướng chọn đề tài tận tình hướng dẫn để tơi hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới phòng Sau đại học, thầy cô giáo giảng dạy chuyên ngành Vật lý đại cương trường Đại học sư phạm Hà Nội giúp đỡ tơi suốt q trình học tập làm luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ tạo điều kiện mặt q trình học tập để tơi hồn thành luận văn Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thùy Linh LỜI CAM ĐOAN Dưới hướng dẫn ThS Hồng Văn Quyết khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Vật lí đại cương với đề tài “Sử dụng tiếng anh cho vật lí phân dạng tập phần động lực học chất điểm” hồn thành nhận thức thân, khơng trùng với khóa luận khác Trong nghiên cứu khóa luận, tơi kế thừa thành tựu nhà khoa học với trân trọng biết ơn Hà Nội, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Nguyễn Thùy Linh MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Ba định luật Newton’s 1.1.1 Định luật Newton’s thứ 1.1.2 Định luật Newton thứ hai 1.1.3 Định luật Newton’s thứ ba 1.2 Các loại lực 1.2.1 Lực hấp dẫn 1.2.2 Lực đàn hồi 1.2.3 Lực ma sát CHƯƠNG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC 11 CHẤT ĐIỂM 11 2.1 Exercise balance force 11 2.2 Exercise of friction force 17 2.3 Gravitational force 22 2.4 Elastic force 24 2.5 Pulley 29 2.6.Moment of inertia 34 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Tiếng Anh 400 triệu người toàn giới dùng làm tiếng mẹ đẻ,hơn tỉ người dùng Tiếng Anh ngôn ngữ thứ hai(theo Wikipedia), quốc gia phát triển có thu nhập đầu người cao giới sử dụng thành thạo Tiếng Anh, sử dụng phổ biến, dạy môn học trường… Đối với Việt Nam, nước đứng trước thời đại phát triển, mở rộng với cánh cổng tồn cầu hóa, thấy tầm quan trọng việc học Tiếng Anh Với bạn học sinh, hệ tương lai đất nước, việc học Tiếng Anh lại trở nên cần thiết hết Tiếng Anh mức độ quan trọng sống học sinh Việt Nam Trên thực tế giảng dạy trường phổ thông, ta thấy việc lồng ghép Tiếng Anh vào mơn khách nói chung Vật Lý nói riêng điều cần thiết Không bổ sung kiến thức chun mơn mà cịn nâng cao khả ngoại ngữ, hướng đến đọc sách tài liệu nước ngoài, tăng khả giao tiếp Tiếng Anh cho học sinh Xuất phát từ nhu cầu thực tế xã hội , định chọn “ Sử dụng Tiếng Anh cho Vật lý phân dạng tập phần Động lực học chất điểm” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp Mục đích nghiên cứu đề tài Phân dạng tập phần động lực học chất điểm Tiếng Anh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Các kiến thức phần Động lực học chất điểm Tiếng Anh cho chuyên ngành Vật lý - Phạm vi: Xét Vật lý cổ điển Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng hệ thống từ vựng phần Động lực học chất điểm - Trình bày logic, khoa học lý thuyết phần động lực học chất điểm - Phân dạng toán Tiếng Anh Phương pháp nghiên cứu - Đọc, tra cứu tổng hợp tài liệu Đóng góp đề tài - Làm tài liệu tham khảo cho học sinh phổ thông sinh viên CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Ba định luật Newton’s 1.1.1 Định luật Newton’s thứ Ba định luật Newton định luật vạn vật hấp dẫn sở học cổ điển Về thực chất ba định luật Newton tiêu đề, khẳng định tổng quát chứng minh được, suy từ khẳng định khác Khi thừa nhận tiêu đề người ta xây dựng sở học cổ điển, với định luật áp dụng Trái Đất mà miền vũ trụ lân cận Trái Đất Định luật Newton thứ phát biểu sau: Nếu khơng có lực ngồi tác dụng vào vật giữ nguyên trạng thái đứng yên chuyển động thẳng Theo định luật Newton thứ nhất, đứng yên chuyển động thẳng trạng thái học sau: trạng thái chuyển động với vận tốc không đổi Đứng yên chuyển động với vận tốc không đổi không Cả hai trạng thái nêu có đặc điểm gia tốc vật khơng Do diễn tả định luật thứ dạng sau đây: Vận tốc vật cịn khơng đổi (trong trường hợp riêng, không) lúc tác động từ phía vật khác lên vật gây biến đổi vận tốc Định luật Newton thứ chưa nghiệm hồn tồn, thực tế tạo trạng thái vật hồn tồn khơng chịu tác dụng lực Chuyển động với vận tốc giữ nguyên khơng đổi gọi chuyển động theo qn tính(hay chuyển động quán tính) Do vậy, định luật Newton thứ cịn gọi định luật qn tính Qn tính tính chất vật giữ nguyên trạng thái chuyển động khơng có lực ngồi tác dụng lên chúng, lực tác dụng lên chúng cân lẫn 1.1.2 Định luật Newton thứ hai Theo định luật Newton thứ nhất, vật khơng chịu tác dụng lực ngồi giữ ngun chuyển động qn tính Vậy vật chịu tác dụng lực ngồi chuyển động vật biến đổi nào? Định luật thứ hai Newton trả lời câu hỏi Nội dung định luật Newton thứ hai phát biểu sau: Gia tốc mà vật thu tác dụng lực tỉ lệ thuận với lực tỉ lệ nghịch với khối lượng vật Phương chiều gia tốc trùng với phương chiều lực tác dụng a= Trong đó: F m (1.1) F lực tác dụng lên vật , a gia tốc vật nhận chịu tác dụng lực F , M khối lượng vật Từ (1.1) ta viết: Obviously the elonguation in the cord, at the moment the sliding first starts and at the moment horizontal projection of spring force equals the limiting friction So, k1l sin  = kN (1) (where k1 is the elastic constant) From Newton’s law in projection from along vertical direction; k1l cos + N = mg Or, N = mg − k1l cos (2) From (1) and (2), k1l sin  = k (mg − k1l cos ) Or k1 = kmg l sin  + k l cos Exercise 2.4.5: You are designing a mount for moving a kg camera smoothly over a vertical distance of 50 mm The design calls for the camera to slide on a pair of rails, with a spring supporting the camera and pulling it up against the 27 tip of an adjustment screw as shown in Fig.2.9 The nominal length of the spring is L0 = 50mm What is the minimum spring constant required for this design? (Fig 2.9) Solution The spring must be elastic enough to supply enough force to pull the camera against the screw tip at all times The force will be weakest when the spring is at its minimum extension, i.e when the distance between the top and bottom of the spring is 100 mm Because the spring is specified to have nominal length of 50 mm, the spring will have a minimum extension x = 100mm − 50mm = 50mm The spring force must oppose the force due to gravity on the camera of mg = 1kg (9.81m / s ) = 9.81N Using Hooke's law we find the required spring constant: k= F 9.81N = 196 N / m x 50.10−3 m Exercise 2.4.6: Find the acceleration of kg mass when acceleration of kg mass is 2m/s2 as shown in figure (2.10) 28 (Fig 2.10) Key: 2m/s2 Exercise 2.4.7: The system shown adjacent is in equilibrium Find the acceleration of the blocks A, B & C all of equal masses m at the instant when (Assume springsto be ideal)(Fig 2.11) a) The spring between ceiling & A is cut b) The string (inextensible) between A and B is cut c) The spring between B & C is cut.Also find the tension in the string when the system is at rest and in the above cases (Fig 2.11) Key: a) T = mg ; b) T=0; c) T = 3mg 2.5 Exercise of pulley Exercise 2.5.1: A system of two objects suspended over a pulley by a flexible cable, as shown in Fig.2.12, is sometimes referred to as an Atwood machine Consider the real-life application of an elevator (𝑚𝐸 ) and its counterweight 29 (𝑚𝐶 ) To minimize the work done by the motor to raise and lower the elevator safely, and are made similar in mass We leave the motor out of the system for this calculation, and assume that the cable’s mass is negligible and that the mass of the pulley, as well as any friction, is small and ignorable These assumptions ensure that the tension 𝐹𝑇 in the cable has the same magnitude on both sides of the pulley Let the mass of the counterweight be 𝑚𝐶 = 1000𝑘𝑔 Assume the mass of the empty elevator is 850 kg, and its mass when carrying four passengers is 𝑚𝐸 = 1150𝑘𝑔 For the latter case (𝑚𝐸 = 1150𝑘𝑔) calculate (a) the acceleration of the elevator and (b) the tension in the cable (Fig 2.12) Solution Apply Newton’s second law to each of them separately For the counterweight mc g = (1000kg )(9.80m / s ) = 9800 N So 𝐹𝑇 must be greater than 9800 N (in order that 𝑚𝐶 will accelerate upward) For the elevator, mE g = (1150kg )(9.80m / s ) = 11,300 N 30 which must have greater magnitude than 𝐹𝑇 so that 𝑚𝐸 accelerates downward Thus our calculation must give 𝐹𝑇 between 9800 N and 11,300 N a) To find 𝐹𝑇 as well as the acceleration a, ,  F = ma to each object We take upward as the positive y direction for both objects With this choice of axes, 𝑎𝐶 = 𝑎 because 𝑚𝐶 accelerates upward, and 𝑎𝐸 = −𝑎 because 𝑚𝐸 accelerates downward Thus FT − mE g = mE aE = −mE a FT − mC g = mC aC = + mC a We can subtract the first equation from the second to get (mE − mC ) g = (mE + mC )a where a is now the only unknown We solve this for a: a= mE − mC 1150kg − 1000kg g= g mE + mC 1150kg + 1000kg The elevator 𝑚𝐸 accelerates downward (and the counterweight 𝑚𝐶 upward) at a = 0.070 g = 0.68m / s b) The tension in the cable can be obtained from either of the two ∑ 𝐹 = 𝑚𝑎 equations at the start of our solution, setting a = 0.070 g = 0.68m / s 𝐹𝑇 = 𝑚𝐸 𝑔 − 𝑚𝐸 𝑎 = 𝑚𝐸 (𝑔 − 𝑎) = 1150𝑘𝑔(9.80𝑚/𝑠 − 0.68𝑚/𝑠 ) = 10500𝑁 31 or 𝐹𝑇 = 𝑚𝐶 𝑔 + 𝑚𝐶 𝑎 = 𝑚𝐶 (𝑔 + 𝑎) = 1000𝑘𝑔 ( 9.80𝑚 0.68𝑚 + ) = 10500𝑁 𝑠2 𝑠2 which are consistent As predicted, our result lies between 9800 N and 11,300 N Exercise 2.5.2: Two masses ‘A’ and ‘B’, lie on a frictionless table They are attached to either end of a light rope which passes around a horizontal movable pulleyof negligible mass Find the acceleration of each M A = 1kg , M B = 2kg M C = 4kg They pulley P2 is vertical (Fig 2.13) (Fig 2.13) Solution From constant relation, aC = a A + aB From force diagram of pulley, T = mAa A T = mB aB mC g − T3 = mC aC After solving 32 (1) mass aA = 4g 2g 3g ; aB = ; aC = 5 Exercise 2.5.3: Assume the block is accelerated upward, i.e a > Let F = 20.0N and M = 5.00 kg Find the acceleration and all the T ’s (Fig 2.14) (Fig 2.14) Exercise 2.5.4: An object of mass M is held in place by an applied force F and a pulley system as shown in the figure The pulleys are massless and frictionless Find (a) the tension is each section of rope, T , T2 , T3 , T4 , and T, and (b) the magnitude of F Suggestion: Draw a free-body diagram for each pulley 33 (Fig 2.15) Key: F = T1 = T2 = T3 = 2.6 3Mg Mg ; T4 = ;T5 = Mg 2 Moment of inertia Exercise 2.6.1: A person weighs a fish of mass m on a spring scale attached to the ceiling of an elevator, as illustrated in Figure 2.16 Show that if the elevator accelerates either upward or downward, the spring scale gives a reading that is different from the weight of the fish (Fig 2.16) Solution Newton’s second law applied to the fish gives the net force on the fish: 34 F y = T − mg = ma y (1) where we have chosen upward as the positive y direction Thus, we conclude from (1) that the scale reading T is greater than the fish’s weight mg if a is upward, so that a y is positive, and that the reading is less than mg if a is downward, so that a y is negative For example, if the weight of the fish is 40.0 N and a is upward, so that a y = +2.00m / s , the scale reading from (1) is a  T = ma y + mg = mg  y + 1  g   2.00m / s   ay  = Fg  + 1 = (40.0 N )  + 1 = 48.2 N  g   9.80m / s  If a is downward so that a y = −2.00m / s , then (2) gives us  −2.00m / s  a  T = Fg  y + 1 = (40.0 N )  +  = 31.8 N g 9.80 m / s     To finalize this problem, take this advice-if you buy a fish in an elevator, make sure the fish is weighed while the elevator is either at rest or accelerating downward! Furthermore, note that from the information given here, one cannot determine the direction of motion of the elevator Exercise 2.6.2: A pulley fixed to the ceiling of an elevator car carries a thread whose ends are attached to the loads of masses m1 and m2 the car starts going up with an acceleration w0 assuming the masses of the pulley and the thread, as well as the friction, to be negligible find: 35 a) the acceleration of the load m1 relative to the elevator shaft and relative to the car; b) the force exerted by the pulley on the ceiling of the car Solution Let us write Newton’s second law in vecter from F = mw , for both the blocks (in the frame of ground) T + m1 g = m1 w1 (1) T + m2 g = m2 w2 (2) These two equations contain three unknown quantities w1 ; w2 and T The third equation is provided by the kinematic relationship between the accelerations: w1 = w0 + w ; w2 = w0 − w (3) Where w is the acceleration of the mass m1 with respect to the pulley or elevator car Summing up teemwise the left hand and the right-hand sides of these kinematical equations, we get w1 + w2 = 2w0 (4) The simultaneous solution of Eqs (1) (2) and (4) yields w1 = (m1 − m2 ) g + 2m2 w0 m1 + m2 Using this result in Eq (3), we get, 36 w= m1 − m2 ( g − w0 ) m1 + m2 Obviously the force exerted by the pulley on the celing of the car F = −2T = 4m1m2 ( g − w0 ) m1 + m2 Exercise 2.6.3: A small sphere of mass m is by a cord from the ceiling of a boxcar that is accelerating to the right, as shown in Figure 2.17 The noninertial observer in Figure 2.17-b claims that a force, which we know to be fictitious, must act in order to cause the observed deviation of the cord from the vertical How is the magnitude of this force related to the acceleration of the boxcar measured by the inertial observer in Figure 2.17-a? (Fig 2.17) Solution Figure 2.17 A small sphere suspended from the ceiling of a boxcar accelerating to the right is deflected as shown (a) An inertial observer at rest outside the car claims that the acceleration of the sphere is provided by the horizontal component of T (b) A noninertial observer riding in the car says that the net force on the sphere is zero and that the deflection 37 of the cord from the vertical is due to a fictitious force Ffictitious that balances the horizontal component of T According to the inertial observer at rest (Fig 2.17a), the forces on the sphere are the force T exerted by the cord and the gravitational force The inertial observer concludes that the acceleration of the sphere is the same as that of the boxcar and that this acceleration is provided by the horizontal component of T Also, the vertical component of T balances the gravitational force because the sphere is in equilibrium in the vertical direction Therefore she writes Newton’s second law as  F = T + mg = ma which in component form becomes  (1) Fx = T sin  = ma Inertial observer   (2) Fy = T cos − mg = According to the noninertial observer riding in the car (Fig 2.17-b), the cord also makes an angle  with the vertical; however, to him the sphere is at rest and so its acceleration is zero Therefore, he introduces a fictitious force in the horizontal direction to balance the horizontal component of T and claims that the net force on the sphere is zero! In this noninertial frame of reference, Newton’s second law in component form yields '   Fx = T sin  − Ffictitious = Noninertial observer  '   Fy = T cos − mg = We see that these expressions are equivalent to (1) and (2) if F fictitious = ma , where a is the acceleration according to the inertial observer If we were to make this substitution in the equation for Fx' 38 above, the noninertial observer obtains the same mathematical results as the inertial observer However, the physical interpretation of the deflection of the cord differs in the two frames of reference Exercise 2.6.4: A device (Fig 2.18) consists of a smooth L-shaped rod located in a horizontal plane and a sleeve A of mass m attached by a weight- 25 less spring to a point B The spring stiffness is equal to x The whole system rotates with a constant angular velocity co about a vertical axis passing through the point Find the elongation of the spring How is the result affected by the rotation direction? (Fig 2.18) Key: l = m l0 l0 = k − m (k / m − 1) Exercise 2.6.5: A chain of mass m forming a circle of radius R is slipped on a smooth round cone with half-angle  Find the tension of the chain if it rotates with a constant angular velocity co about a vertical axis coinciding with the symmetry axis of the cone Key: T = m( R + g cos ) 2 39 KẾT LUẬN Khóa luận: “Sử dụng tiếng anh cho vật lí phân dạng tập phần động lực học chất điểm” hoàn thành đảm bảo mục tiêu đề ra: Trình bày lại sở lí thuyết động lực học chất điểm cách logic, ngắn gọn Phân dạng tập động lực học chất điểm tiếng anh gồm dạng có tập mẫu tập tự giải có đáp số Do thời gian hiểu biết hạn chế nên khóa luận khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, mong nhận đóng góp từ quý thầy cô bạn để để tài hoàn thiện 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Đình Trọng, Giáo trình học, Nhà xuất đại học sư phạm Hà Nội - 2013 Phạm Viết Trinh - Nguyễn Văn Khánh – Lê Văn, Bài tập Vật lý đại cương, tập 1, Nhà xuất giáo dục - 1982 Hana Dobrovolny, Lecture note for Physics 10154: General Physics, Department of Physics & Astronomy, Texas Christian University, Fort Worth, TX, December - 2012 I.E.Irodov, Problems in General Physics, Mir Publishers Moscow 1981 Hoàng Văn Quyết, General mechanics, Nhà xuất đại học sư phạm Hà Nội - 2017 41 ... ? ?Sử dụng tiếng anh cho vật lí phân dạng tập phần động lực học chất điểm? ?? hoàn thành đảm bảo mục tiêu đề ra: Trình bày lại sở lí thuyết động lực học chất điểm cách logic, ngắn gọn Phân dạng tập. .. tài Phân dạng tập phần động lực học chất điểm Tiếng Anh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Các kiến thức phần Động lực học chất điểm Tiếng Anh cho chuyên ngành Vật lý - Phạm vi: Xét Vật. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ - NGUYỄN THÙY LINH SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA