BÁO cáo bài tập lớn môn vật lý 1 đề tài xác định quỹ đạo chuyển động ném xiên trong trọng trường bỏ qua lực cản và xác định một vài thông số liên quan

ĐẠI HỌC QUỐC GIÁ TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VẬT LÝ ĐỀ TÀI 14 “Xác định quỹ đạo chuyển động ném xiên trọng trường bỏ qua lực cản xác định vài thông số liên quan” GVHD: Ths Nguyễn Ngọc Quỳnh Lưu Gia Thiện Lớp: L18 Nhóm số: 14 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 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 14 “Vẽ quỹ đạo chuyển động ném xiên trọng trường bỏ qua lực cản xác định vài thông số liên quan” GVHD: Ths Nguyễn Ngọc Quỳnh Lớp: L18 Nhóm số: 14 Danh sách thành viên: Họ tên Châu Hạo Tiến Trương Thảo Trang Phạm Hoàng Minh Trâm Đặng Ngọc Khánh Tiên MSSV 211498 211504 211247 211497 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2021 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢN Hình 1.1 Hình 1.2 DANH MỤC BẢNG BIỂ Bảng 1.1 Bảng 1.2 TÓM TẮT Trái Đất tác dụng lực hấp dẫn lên vật (cụ thể trọng lực), vật bị ném lên Hình ảnh vệt pháo hoa cho ta thấy rõ điều Hình 1.1 Đề tài tập lớn nhóm dựa vào sở lý thuyết chuyển động ném xiên để vẽ quỹ đạo chuyển động vật trọng trường bỏ qua lực cản Để làm CHƯƠNG MỞ ĐÀU 1.1 Lý chọn đề tài Bài toán chuyển động vật bi ném xiên toán có tính ứng dụng cao, thứờng gập thức tể nhứ: Ném lao, đà’y tà, bàn sủng - Trong chứờng trính Vàt ly đại cứờng A1, tồn chun đọng cUà vàt bi ném xiên đứờc đứà vào chứờng trính, chứờng I Đơng hoc chàt đié’m Khi gàp toàn sinh viển thứờng lủng tủng hày gàp kho khàn giài quyểt no, đàc biét vời càc toàn th ức t ể y ểu càu sinh vi ển càn nàm vứng ly thuyét vé chuyén đong ném xién linh hoàt càch giài quyểt tồn, trành tính tràng hoc v ểt, hoc q lồ thí gàp nhiểu dàng sể kho viểc giài - Thời lứờng dành cho phàn théo phàn phoi chứờng trính khà ngàn nhàt giài đoàn dich phài hoc onlinể, th ời giàn hoc đứờc rut ngàn ràt nhiểu: giàng viển ly thuyểt phài trính bày h ểt noi dung Chứờng I bà tiểt hoc liển vời ràt nhiểu noi dung nén viéc ti ểp thu hểt kiển thức mọt hoc điểu ràt kho đoi v ời sinh vi ển Phàn noi dung càc chuyển đong cuà chàt điểm chứờng I đểu nhi ểu khà kho, chứà kể noi dung chuyển đong nểm đứờc chià thành hài dàng đo là: chuyển đong nểm ngàng chuyển đong nểm xi ển Trong th ức t ể thứờng khong đu thời giàn để hoc sinh hiểu thàm đứờc mot tr ứờng hờp chứà noi đển vàn dung thành thào cho cà hài trứờng hờp càc khà nàng co thể xày rà Chính ví vày, nhom ểm đà chon để tài nhàm muc đích giup càc bàn hiểu sàu hờn bàn chàt hiển tứờng vàt ly cuà toàn, gày hứng thu hoc tàp cho càc bàn, đong thời quà đo giup phàt hi ển rà nhứng phứờng phàp khàc hày hờn để giài quyểt toàn 1.2 Giới thiệu đề tài Ở tàp lờn này, nhom thức hiển nôi dung “ Vé quy đào chuy ển đông nểm xiển trong trứờng bo quà lức càn xàc đinh mot vài thong so lién quàn ’’ thong quà phàn mểm Màtlàb Đày mOt dàng toànkhá quan trọng ph'ân Động học chất ểm, xuất nhiều toán thực tể kho chương trình hoc Matlab mọt mơi trương tình tồn so láp trình, thi ểt k ể bơi cong ty Màthwork MATLAB cho phểp tình tồn so v mà trận, vể giào diển dủng liển kểt vơi chương trình mày tình viểt nhiểu ngon ngư lạp trình khàc MATLAB gi ủp đơn giàn hoà viểc giài quyểt càc tồn tình tồn kì tht so v càc ngon ngư làp trình truyển thong khàc C, C++ Fortràn Vì thể, viểc tìm hiểu Màtlàb ưng dung Màtlàb th ưc hành tàp lơn noi riểng càc tàp l ơn khàc noi chung ràt quàn co tình càp thiểt cào đoi vơi moi sinh vi ển Thong quà bào cào này, chung tà sể tìm hiểu ưng dung cuà MATLAB vàt ly, cu thể khào sàt chuyển đong n ểm xi ển bo quà l ưc càn moi trương Đong thơi tìm hiểu cong cu vể đo thi khong giàn hài chiểu để vể đo thi chuyển đong cuà vàt Sàu đày noi dung tìm hiểu tàp lơn củà nhom CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUYỂN ĐỘNG NÉM XIÊN VÀ MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG LIÊN QUAN ❖ Trong chuyên đ'ê chuyển động vật bi ném có hai loại chuy ển đ ộng: chuyển động nêm ngang chuyên động nêm xiên Cung nhac l ại kiên thức cua chuyên động nêm ngang trước tìm hiêu v'ê chuyên động nêm xiên nhê ! 2.1.1 Chuyên động nêm ngang > La chuyên động nêm thêộ phứớng ngang với vân tộc V vạt chì chiu tac dung cua trọng lức - Theo phương ngang vật không chịu tác dụng lực - theo Định luật I Newton chuyển động vật ném theo phương ngang chuyển động thẳng - Theo phương thẳng đứng vật chịu tác dụng trọng lực - vật chuyển động rơi tự theo định nghĩa chuyển động rơi tự Phương trình vận tốc chuyển động ném ngang : Theo phương Ox : Vx = Vo Theo phương Oy : Vy=gt v Liên hệ Vx Vy : tana = -y- v Độ lớn vận tốc vị trí : V = 7v x+ v' Phương trình chuyển động, phương trình quỹ đạo vật ném theo phương ngang : Theo Ox : x = Vot (1) Theo Oy : y = 2gt Quỹ đạo chuyển động ném ngang đường parabol Cách xây dựng phương trình quỹ đạo : từ (1) ■ t = thay vào (2) v ■ phương trình quỹ đạo Các cơng thức chun động ném theo phương ngang : Thời gian vật chạm đất : t = ^ — h Tam ném xa : L = Vot = Vo\ — 1g À , T 2.1.2 T_ _/2 Chuyển động ném xiên 2.1.2.1 Đinh nghĩa > Chuyển động ném xiên chuyển động cua vật ném với vận tộc ban đàu v0 hợp vời phượng ngang gộc a (gội gộc ném) Vàt ném xiên chĩ chiu tàc dung cua trọng lực > Thực nghiém chứng tộ ràng trộng phạm vi không lớn làm, mội chat điém đéu rợi vợi cung gia tộc g théộ phượng thang đưng hượng xuộng dượi vợi già tri khộng đội > 2.1.2.2 Khàộ sàt quy đàộ chuyén động ném xién Ta sé khàộ sàt chuyén động cua chàt đié’m xuàt phàt tứ đié’m O trén màt đàt với véctớ vàn tốc ban đàu ( luc t=0 v0 hợp với màt nàm ngang gộc a (hình 1.2) Theo cơng thức tính vận tốc ta viểt (1.2) sau: dx —=v dtncosa d y dt 6+v nsin a (1.3) Lậy nguyên hàm theo t biểu thức (1.3) ta được: x = t cos a + —13 y =C gt + v n t sin a + C (1.4) C3=x (t=n )=n C4=y (t=n )=n Vời Suy càc phượng trính chun đơng cua chàt điểm là: ■ x=v n t cos a y= -1 gt2 + v n t sin a (1.4) Khứ đai lượng thời gian t, ta phượng trính quy đao: y=-1 ~rg—2 x2+tana x (1.5) vncosa Khư t hể phượng trính (1.4) ta phượng trính quy đao cua điểm L Vạy quy đạo cua chat điểm L la mót hính Parabol OIB, đính I, tr ục song song vời truc tung, quay ph'ân lom vể phía dượi hính vể (hính 1.2) Bay giợ ta tính toa đo đính I (vi trí cao nhat cua chat ểm) Tư bi ểu thưc (1.2) ta co thể’ suy ra: 222 22 v =vx+vy=V0COS a +(-6 + vnsin a) =V0-2 g ó) Hay v 2=v n-2 gy (1.6) Tai I vểctợ vân toc nam ngang vy=n,nển đo ta co v= vx= vncos a , thay vao biểu thưc (1.6) ta được: ,2 _2 2, _ v 2sin a2 (1.7) v0cos a = v0—2gyi hày yI— 2g Chất điểm đển I vào lúc t, ứng với vy -0 cho bời : v 0sin a Khi hoành đọ cúà I là: v sin a cos a v sin a Xj—v0 tI cos a— ■ —— -gg (1.8) Tứ đày tà co thể tính đứờc tàm Xà cúà chuyển động cúà chàt ểm L (khoàng càch tứ nểm đển lúc rời) OB =2 XI — v 2sin2 a (1.9) Ig 2.1.3 Sứ tô’ng hớp cúà chúyển đọng thàng đểú rời tứ chúy ển đong nểm Xiển ❖ Trong phàn chúng tà chứng minh bàng thức nghi ệm ràng, chúyển đông cúà mọt vàt nểm xiển tứờng đứờng vời Sứ tô’ng hờp cúà hài chúyển đong riểng biểt: chúy ển đong thàng đ ểú th ểo hứờng nểm bàn đàú chúyển đong rời tứ So th ểo chi ểú thàng đứng ❖ Trứờc tiển, chúng tà sể cúng nhàc lài ki ển thức cúà chúyển đọng thàng đểú Sứ rời tứ 2.1.3.1 Chúyển đọng thàng đểú rời tứ > Chuyển đọng thàng đểú Chuyển đọng thàng đểú chúyển đọng co qúỹ đào đứờng thàng co vàn toc trúng bính nhứ nhàú qúàng đứờng > Đứờng chuyển đọng thàng đểú Trong chúyển đọng thàng đểú, đứờng s tí lể thúàn vời thời giàn chúyển đọng t Ta có cơng thức : s = Vtb.t = vt > Sứ rơi tứ dó Sự rơi tự vật khơng khí : Trong khơng khí, cac vật rơi nhanh hay chậm khơng phai n ạng nhẹ khac mà lức can khơng khí nguyện nhan làm chó v ật r nhanh hay chậm khac Sự rơi vật chân không (sự rơi tự do) : Nệu lơai bơ đứơc anh hứơng khơng khí thí mơi vạt rơi nhanh nh ứ Sứ rơi cua cac vạt trông trứơng hợp gôi la Sứ rơi tứ dô Hay r tứ dô (sứ rơi cua cac vạt trơng chan khơng) la Sứ rơi chí dứơi tac dung cua trông lức 2.1.3.2 Môi liện hệ giứa nệm xiện va hai chuyện đơng Tứ thí nghiệm “Khảo sát quỹ đạo chuyển động ném xiên”, ta biệt rang phứơng trính quy đ cua vạt dang parabơl Bay giơ, nệu ta hính dung rang lức hấp dan khơng tơn tai, vây cau hôi đ ặt : vạt chuyện đông nhứ thệ naô? Ta dệ dang tra lơi đứơc cau hôi nệu thay g = vaô phứơng trính (1), ta sệ phứơng trính chuyện đơng : x = Vocosat y = Vosinat Có nghĩa vật chuyển động theo đường thẳng Nhơ lai rang môt vạt rơi tứ dô tứ tôa đô (0,0) cô phứơng trính chuyện đơng x=0 y = - gt2 (3) Từ ta thấy rõ đong chất chuy ển động thẳng (2) s ự r t ự (3) chuyển động parabõl tõ’ng hợp (1) Nguyên lý thí nghiệm Đõi tựợng khao thí nghiêm hõn bi nhõ bàng kim loai, đ ựợc tao vận toc Vo nhơ sủng lo xo nhự hính Goc ban ban đau a co thề đựợc Mạt khac, ta trêo hon bi lơn bang nam cham điên nam đựơng thang kêo dai nong sung Khi bat cong tac ban viên bi nho lên quy đao parabol, nam cham điên cung đong th nha viên bi l ơn cho r tự Viên bi nhỏ vừa bay thẳng vừa rơi tự do, th ời ểm viên bi nhỏ bay ngang nam châm điện, "r ơi” đ ược m ột đo ạn b ằng đoạn đường viên bi lớn Sự va chạm hai viên bi minh chứng cho khẳng định Tại thời điểm t xảy va chạm, viên bi nhỏ đạt t'âm xa theo phương ngang, vi trí đạt giả nam châm : x = VoCOsa.t đỏng thơi “rơi” mỏt đoan : s = gt2 = 2 2v0cos a g CHƯƠNG MATLAB Lệnh clc Close Củ pháp clc Close all Clear Clear all Input x=input(‘tên biến’) Disp disp(‘chuỗi kí tự’) Ý nghĩa Xóa cửa sổ lệnh Đóng tẩt cà ílgures (các cừa số vè đả thị, ) Xóa tất cà biển trước đỏ Workspace Nhập dừ liệu từ bàn phím cho biến X Xuất chuỗi kí tự hình disp(x) Xuất giá trị cùa biển X hình íigure figure('name','Vat roi','color','white',ìiumbertitle','on') hold 011 plot(x,y) hold on plot(x,y) Sprhití axis equal While sprintf('t = %0.2f s',t) Axis equal while Fig Set Pause Fig Xuất cừa sô vè đồ thị có tên “Vat roi”, màu trắng không cỏ tiêu đề số Giừ thao tác tiểp thị Vẽ đồ thị tuyến tính không gian chiều Hiên thị thông tin lèn hình Tì lệ trục Ox, Oy Thực cơng việc lặp lặp lại theo quy luật Tên biển trị đển Tile cần ghi Thiêt lập đặc tính cho đối tượng Tạm dừng Set Pause Chọn trục ox chiều dương hướng xuống, góc O vi tri ban đ'âu v ật ,1 „22 _ X Ta có phương trình chuyền đọng a - = V í + gt _1b x b = gi (1) Đề vật a vật b chậm đât => Xa = Xb = 20 cm ( ta £ tb) (2) 12 Tư (1) (2) => Xb = 20 = bgtb => tb = 2s (3) Mà vật a rờt xuống chậm vật b 2s => ta = tb + = 4s Xa = 20 = -Vot + ịgtr » 20 = -4vo + 9,8 42 => Vo = 15 m/s Code MATLAB : function Bậi_14 clc closề ậll clềậr ậll %% CONSTANTS g = 10; %Input dậtậ h0 = input('Nhập cậó bận dậu h0= '); n = input('Nhập thoi giận vật A roi chậm hon so voi vật B n= '); tA=sqrt(2*h0/g); disp('Vận toc cuậ vật A dề vật A roi xuong chậm hon vật B n giậy lậ') v1=(g/2)*(tA+n)-h0/(tA+n) v = 0;vy=v1;vx=0; t = 0; dt = 0.01; %% FIGURE x = 0; y = h0;x1=0; y1 = h0; figure('name','Vat roi','color','white','numbertitle','on'); hold on fig_VatA = plot(x,y,'ro','MarkerSize',10,'markerfacecolor','r'); fig_VatB = plot(x,y,'ro','MarkerSize',10,'markerfacecolor','b'); ht = title(sprintf('t = %0.2f s',t)); axis equal axis([0 30 70]); %% CALCULATION while y1>-0.01 ; t = t+dt; a = -g; v = v+a*dt; y = y+v*dt+0.5*a*dt.A2; ax = 0; ay = -g; vx = vx+ax*dt; vy = vy+ay*dt; x1 = x1+vx*dt+0.5*ax*dt.A2; y1 = y1+vy*dt+0.5*ay*dt.A2; set(fig_VatA,'xdata',x,'ydata',y); set(fig_VatB,'xdata',x1,'ydata',y1); set(ht,'string',sprintf('t = %0.2f s',t)); pause (0.02); end end CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 4.1 Kết Hình 4.1 Kết chạy từ cửa sổ command window Hình 4.2 Kết quỹ đạo chuyển động chất điểm 4.2 Kết luận Xây dựng lưu đ'ô giải thuật để giải quyểt toán vật ly Viểt phương trình bảng “m filể” MATLAB để giải quyểt bải toàn vật ly đựậ rả Giải cảc phương trình vảt ly bảng cơng cu Symbơlic vả cơng cu giải sơ MATLAB Phản tìch y nghìả vảt ly củả cảc kểt thu tư phương trình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A 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 [2] Vật lý đại cương A1 [3] Tài liệu hướng dẫn sử dụng MATLAB [4] Bài giảng điện tử Vật lý đại cương A1 - T.S Nguyễn Minh Châu [5] Bài giảng điện tử Vật lý đại cương A1 - T.S Lê Quang Nguyễn PHỤ LỤC function Bai_14 clc close all clear all %% CONSTANTS g = 10; %Input data h0 = input('Nhap cao ban dau h0= '); n = input('Nhap thoi gian vat A roi cham hon so voi vat B n= '); tA=sqrt(2*h0/g); disp('Van toc cua vat A de vat A roi xuong cham hon vat B n giay la') v1=(g/2)*(tA+n)-h0/(tA+n) v = 0;vy=v1;vx=0; t = 0; dt = 0.01; %% FIGURE x = 0; y = h0;x1=0; y1 = h0; figure('name','Vat roi','color','white','numbertitle','on'); hold on fig_VatA = plot(x,y,'ro','MarkerSize',10,'markerfacecolor','r'); fig_VatB = plot(x,y,'ro','MarkerSize',10,'markerfacecolor','b'); ht = title(sprintf('t = %0.2f s',t)); axis equal axis([0 30 70]); %% CALCULATION while y1>-0.01 ; t = t+dt; a = -g; v = v+a*dt; y = y+v*dt+0.5*a*dt.A2; ax = 0; ay = -g; vx = vx+ax*dt; vy = vy+ay*dt; x1 = x1+vx*dt+0.5*ax*dt.A2; y1 = y1+vy*dt+0.5*ay*dt.A2; set(fig_VatA, 'xdata',x, 'ydata',y); set(fig_VatB,'xdata',x1, 'ydata',y1); set(ht,'string',sprintf('t = %0.2f s',t)); pause (0.02); end end ... GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN VẬT LÝ ĐỀ TÀI 14 “Vẽ quỹ đạo chuyển động ném xiên trọng trường bỏ qua lực cản xác định vài thông số liên quan? ?? GVHD: Ths Nguyễn... Hình 1. 1 Đề tài tập lớn nhóm dựa vào sở lý thuyết chuyển động ném xiên để vẽ quỹ đạo chuyển động vật trọng trường bỏ qua lực cản Để làm CHƯƠNG MỞ ĐÀU 1. 1 Lý chọn đề tài Bài toán chuyển động vật. .. CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUYỂN ĐỘNG NÉM XIÊN VÀ MỘT SỐ CHUYỂN ĐỘNG LIÊN QUAN ❖ Trong chuyên đ'ê chuyển động vật bi ném có hai loại chuy ển đ ộng: chuyển động nêm ngang chuyên động nêm xiên Cung nhac