BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VẬT LÝ 1 đề TÀI xác định quỹ đạo chuyển động ném xiên trong trọng trường có lực cản môi trường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VẬT LÝ ĐỀ TÀI 12 Xác định quỹ đạo chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản mơi trường GVHD: Ths Nguyễn Ngọc Quỳnh Thầy Lưu Gia Thiện Lớp: L18 Nhóm số: 12 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VẬT LÝ ĐỀ TÀI 12 Xác định quỹ đạo chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản môi trường GVHD: Ths Nguyễn Ngọc Quỳnh Thầy Lưu Gia Thiện Lớp: L18 Nhóm số: 12 Danh sách thành viên: Họ tên MSSV Khưu Minh Quân 2114537 Lê Minh Quân 2114540 Lê Hồng Phước 2110470 Trần Hồng Quân 2110483 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2021 A MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iii TÓM TẮT BÀI BÁO CÁO .1 LỜI CẢM ƠN .1 CHƯƠNG MỞ ĐẦU .2 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG CÁC HÀM MATLAB ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG BÀI TOÁN VÀ XÂY DỰNG GIẢI BÀI TOÁN TRÊN MATLAB CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 4.1 Kết 4.2 Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC .7 B.DANH MỤC HÌNH ẢNH Bài báo cáo sử dụng hai hình ảnh lấy từ q trình thực ví dụ chương trình Matlab (… tên bản……) Hình 1.1………………………………………………………………………………1 Hình 1.2……………………………………………… …………………………….2 TĨM TẮT BÀI BÁO CÁO Trong chương trình học chúng em chuyển động ném xiên, giả định hiệu ứng cản môi trường nhỏ đáng kể Nhưng thực tế, lực cản môi trường (thường gọi lực cản môi trường, đơn giản lực cản) có ảnh hưởng lớn đến chuyển động nhiều vật thể, bao gồm bóng quần vợt, viên đạn, nhiều vật thể khác Chúng em nghiên cứu chuyển động ném xiên điều kiện khơng có lực cản Bây chúng tơi muốn mở rộng phân tích thành toán vật thể ném xiên gia tốc trọng trường có lực cản Khơng khó để đưa lực cản mơi trường vào phương trình vật thể, giải chúng cho vị trí vận tốc dạng hàm số thời gian quỹ đạo chuyển động, trở nên phức tạp May mắn thay, dễ làm xấp xỉ số xác cho giải pháp với việc sử dụng máy tính Đó nội dung phần báo cáo LỜI CÁM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập giảng đường đại học đến nay, chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q thầy cơ, bạn bè Với lịng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian học tập trường Và đặc biệt, học kỳ này, chúng em tiếp cận với mơn học mà theo em hữu ích sinh viên ngành Khoa học Máy tính tất sinh viên thuộc chuyên ngành khác Đó mơn học Vật lý Đại cương Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp buổi nói chuyện, thảo luận lĩnh vực sáng tạo nghiên cứu khoa học Nếu khơng có lời hướng dẫn, dạy bảo thầy chúng em nghĩ báo cáo khó hồn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bài báo cáo thực khoảng thời gian gần tháng Bước đầu vào thực tế, tìm hiểu lĩnh vực sáng tạo nghiên cứu khoa học, kiến thức chúng em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi thiếu sót điều chắn, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý thầy cô bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hoàn thiện Lời cảm tạ thầy cô sau cùng, chúng em xin kính chúc q thầy thật dồi sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1.Yêu cầu Phương trình chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản môi trường biểu diễn theo biểu thức sau: m⃗ a=m ⃗ g−h ⃗ v Với điều kiện ban đầu x 0= y =0 ;v x =v cos(α );v y =v sin(α ) Bài tập yêu cầu sinh viên sử dụng Matlab để giải phương trình chuyển động trên, tính tốn quỹ đạo vẽ đồ thị quỹ đạo thay đổi phụ thuộc vào hệ số lực cản h 1.2 Điều kiện 1) Sinh viên cần có kiến thức lập trình MATLAB 2) Tìm hiểu lệnh Matlab liên quan symbolic đồ họa 1.3 Nhiệm vụ Xây dựng chương trình Matlab: - Nhập giá trị m, h, v0, , t (thời gian bay) - Thiết lập phương trình vi phân ứng với x(t) y(t) Sử dụng lệnh symbolic để giải hệ phương trình - Vẽ đồ thị quỹ đạo chất điểm với hệ số h khác (h=0,01; 0,05; 0,1; 0,5), thơng số cịn lại (mỗi quỹ đạo có màu sắc khác nhau) CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Định luật II Newton Định luật II Newton áp dụng cho chuyển động vật có gia tốc tác dụng ngoại lực tổng hợp khác khơng 2.2 Bài tốn chuyển động ném xiên khơng có lực cản mơi trường Chuyển động ném xiên trọng trường chuyển động với gia tốc không gian hai chiều Vectơ vị trí vật : Ta chọn hệ trục tọa độ hình với góc O điểm mà vật bắt đầu chuyển động () ta có : Chuyển động vật phân thành hai chuyển động hình chiếu Ox Oy - Chuyển động hình chiếu Ox Vì => chuyển động hình chiếu Ox chuyển động thẳng với Ta chọn hệ trục tọa độ hình với góc O điểm mà vật bắt đầu chuyển động ta có : Chuyển động vật phân thành hai chuyển động hình chiếu Ox Oy - Chuyển động hình chiếu Ox +Vì ax= gx= => chuyển động hình chiếu Ox chuyển động thẳng với vận tốc v0x= v0cosα - Chuyển động hình chiếu Oy +Vì ay= -g= const => chuyển động hình chiếu Oy chuyển động thẳng thay đổi Với: v0y= v0sinα => vy= -gt + v0sinα Chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản môi trường chuyển động ném xiên trọng trường chịu thêm tác dụng lực cản tỉ lệ với vectơ vận tốc h hệ số lực cản mơi trường Lúc phương trình chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản mơi trường biểu diễn theo biểu thức sau: 2.2 Chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản mơi trường Chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản môi trường chuyển động ném xiên trọng trường chịu thêm tác dụng lực cản tỉ lệ với vectơ vận tốc Trong h hệ số lực cản mơi trường Lúc phương trình chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản mơi trường biểu diễn theo biểu thức sau: Chuyển động vật phân thành hai chuyển động hình chiếu Ox Oy - Chuyển động hình chiếu Ox Ta có phương trình chuyển động là : ma= -hvx Ta suy phương trình vi phân ứng với v(t): x’’(t)+(h/m)*x’(t)=0 với x0=0 x0’=v0cosα -Chuyển động hình chiếu Oy Ta có phương trình chuyển động là: ma= mg- hvy Ta suy phương trình vi phân ứng với v(t): y’’+g+(h/m)*y’=0 với y0=0 y0’=v0sinα CHƯƠNG CÁC HÀM MATLAB ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG BÀI TOÁN VÀ XÂY DỰNG GIẢI BÀI TOÁN TRÊN MATLAB 3.1 Giới thiệu Matlab MATLAB là phần mềm cung cấp mơi trường tính tốn số và lập trình, cơng ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo giao diện người dùng liên kết với những chương trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác 3.2 Các hàm Matlab sử dụng toán …… CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 4.1 Kết Một vài ví dụ 4.1.1 Ví dụ Mơ tả ví dụ : Kết quả : ta nhận phương trình x,y quỹ đạo chuyển động vật Bình luận…… 4.1.2 Ví dụ Mơ tả ví dụ : Kết quả : ta nhận phương trình x,y quỹ đạo chuyển động vật 4.2 Kết luận Đề tài hỗ trợ xác định quỹ đạo chuyển động ném xiên trọng trường có lực cản mơi trường Với phương pháp sử dụng phần mềm Matlab giúp thuận tiện dễ dàng việc giải tốn tương tự mà khơng thể giải tay TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.L Garcia and C Penland, MATLAB Projects for Scientists and Engineers, Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1996.http://www.algarcia.org/fishbane/fishbane.html Vật lí đại cương A1, Bài tập Vật lí đại cương A1 Tài liệu hướng dẫn sử dụng Matlab PHỤ LỤC Đoạn code hoàn chỉnh % cho vat chuyen dong nem xien trong truong co luc can dang hv function NX syms t v g vx vy m= input('Nhap vao khoi luong vat, m= '); h= input('Nhap vao he so luc can, h= '); v0= input('Nhap vao van toc ban dau, v0= '); alpha= input('Nhap vao alpha, alpha= '); a= (m*g - h*v)/m; ax= subs(a, {v g}, {vx 0}); % thay the v = vx, g = bieu thuc a ay= subs(a, {v g}, {vy -9.81}); % thay the v = vy, g = -9.81 bieu thuc a vx= dsolve(['Dvx= ', char(ax)], ['vx(0) =', num2str(v0*cos(alpha))]);% giai phuong trinh vi phan theo bien t cua vx,vy,x va y voi cac chuoi ax, ay, vx va vy vy= dsolve(['Dvy= ', char(ay)], ['vy(0) =', num2str(v0*sin(alpha))]); x= dsolve(['Dx= ', char(vx)], 'x(0)= 0'); y= dsolve(['Dy= ', char(vy)], 'y(0)= 0'); disp(['x= ', char(x)]) %viet phương trinh vat chuyen đong theo phương Ox disp(['y= ', char(y)]) %viet phương trinh vat chuy?n đong theo phương Oy ezplot(x, y) % ve quy đao chuyen đong cua vat end ... Quân 211 4537 Lê Minh Quân 211 4540 Lê Hồng Phước 211 0470 Trần Hồng Quân 211 0483 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 20 21 A MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH iii TÓM TẮT BÀI BÁO CÁO .1 LỜI... thực ví dụ chương trình Matlab (… tên bản……) Hình 1. 1……………………………………………………………………………? ?1 Hình 1. 2……………………………………………… …………………………….2 TĨM TẮT BÀI BÁO CÁO Trong chương trình học chúng em chuyển động ném... …… CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 4 .1 Kết Một vài ví dụ 4 .1. 1 Ví dụ Mơ tả ví dụ : Kết quả : ta nhận phương trình x,y quỹ đạo chuyển động vật Bình luận…… 4 .1. 2 Ví dụ Mơ tả ví dụ : Kết quả : ta