Bản chất vật lý trong các bài tập định tính về chuyển động tương đối ở phần cơ học lớp 10

Ý NGHĨA CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH BẢN CHẤT VẬT LÍ TRONG CÁC BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH PHẦN ĐỘNG HỌC

Để mô tả chuyển động của một vật cần xác định vị trí của nó trong không gian với sự phụ thuộc vào thời gian và điều đó chỉ có nghĩa khi nói về vị trí tương đối của mọi vật. Trong kĩ thuật và đời sống, việc nắm chắc các khái niệm cơ bản của chuyển động giúp ta có một " cái nhìn " logic về các hiện tượng, dự đoán được nhiều điều thú vị trong tự nhiên, thiết lập được các phương án tối ưu trong việc chế tạo và sử dụng máy móc phục vụ đời sống. Việc nắm được tính tương đối của chuyển động sẽ giúp ta giải thích được nhiều hiện tượng trong cuộc sống như quỹ đạo chuyển động của vật trong hệ qui chiếu quán tính sẽ khác với quỹ đạo trong hệ qui chiếu không quán tính ; toạ độ trong không gian ; vận tốc của vật trong các hệ khác nhau cũng khác nhau,… hay để so sánh vận tốc của vật này so với vật khác mà.

Chẳng hạn, hai xe chuyển động cùng vận tốc thì người ngồi trên xe này thấy người ngồi trên xe kia như không chuyển động, còn nhìn thấy cảnh vật phía sau thì như đang chạy giật lùi, mà cảnh vật phía trước thì như đâm sầm vào người. Bản chất vật lí của động học chất điểm là sự thay đổi trạng thái của chất điểm trong không gian theo thời gian cho ta xác định được qui luật biến đổi của chuyển động khi biết trước các điều kiện ban đầu, mà chẳng cần quan tâm đến nguyên nhân làm biến đổi của chuyển động. Các bài toán động học nghiên cứu về hình học của chuyển động nên có hai phương pháp để biểu diễn qui luật của chuyển động là phương pháp giải tích và phương pháp hình học.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Dưới những tương tác khác nhau thì có các loại lực khác nhau như : lực không đổi, lực phụ thuộc vào thời gian, lực phụ thuộc vào khoảng cách, lực phụ thuộc vào vận tốc,…. Do đó, tùy điều kiện cụ thể của từng bài toán mà có những cách tiếp cận khác nhau để phát hiện bản chất vật lí của vấn đề.

HỆ THỐNG CÁC BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH VỀ ĐỘNG LỰC HỌC : 1. Quán tính

 Sự nảy lên hay không nẩy lên của vật va chạm hay tổng quát ; trạng thái chuyển động thay đổi như thế nào là phụ thuộc tính chất bề mặt và cấu trúc vật chất của vật va chạm. Nhưng khi cầm dây giật mạnh đột ngột thì lực sinh tác dụng lên dây lớn hơn rất nhiều so với trọng lực của vật và vượt qua giới hạn đàn hồi cho phép của dây cao su nên dây đứt. Đối với các bánh xe của đầu máy tàu hoả thì lực ma sát nghỉ tác dụng lên các bánh xe phát động làm chuyển động đoàn tàu nên có lợi ; còn khi tàu chuyển động các bánh xe của các toa lăn trên đường ray tạo ra ma sát lăn cản trở chuyển động nên có hại.

Khi nâng cơ thể tiền đạo đối phương lên, người hậu vệ đã làm giảm bớt lực tác dụng giữa hai chân đối phương với mặt đất, tức là giảm lực ma sát nghỉ đóng vai trò lực tăng tốc của đối phương. Liệu có thể chọn giá trị các khối lượng & của hai tấm gỗ, hệ số ma sát của tấm gỗ với mặt phẳng nghiêng và của hai tấm gỗ với nhau sao cho tấm gỗ dưới trượt xuống khỏi tấm gỗ trên không?. Dưới tác dụng của những lực phụ thuộc vào thời gian thì vật chỉ thay đổi trạng thái từ đứng yên sang chuyển động sau thời gian để F đạt giá trị lớn hơn hoặc bằng lực ma sát trượt.

Điều kiện cân bằng của vật rắn

Thực tế khi khúc gỗ trôi theo dòng nước, chính lực đẩy của nước làm cho khúc gỗ đổ xuống thành tư thế nằm và ở tư thế đó khúc gỗ sẽ cân bằng bền hơn do có khối tâm ở vị trí thấp hơn. Các lực song song, ngược chiều luôn tạo ra ngẫu lực nếu chúng có điểm đặt khác nhau và làm quay vật xung quanh một trục đi qua khối tâm nhưng không hề gây ra một tác dụng nào đối với trục quay. Bởi vậy, để biết sự cân bằng của tấm gỗ là bền hay không bền, chỉ cần xét xem độ cao trọng tâm của tấm gỗ thay đổi thế nào khi xê dịch nó ra khỏi vị trí cân bằng.

Sự cân bằng của một vật nói chung và thân người nói riêng khi đang đứng sẽ không tự lật đổ khi đường dây dọi kẻ từ trọng tâm đi qua phần bên trong chân đế của nó. Khi nó bị nghiêng về một bên, trọng tâm của nó và điểm nó tiếp xúc với mặt bàn không nằm trên cùng một trục thẳng đứng thì tác dụng của trọng lực sẽ làm nó được kéo trở lại thế ổn định thẳng đứng nhanh chóng. Nghĩa là khi đường tác dụng của trọng lực đi qua điểm tiếp xúc của búp bê " lật đật " với mặt bàn, động năng và thế năng trong quá trình nghiêng ngã, chao đảo của nó dần dần giảm tới 0.

Ý NGHĨA CỦA VIỆC XÁC ĐỊNH BẢN CHẤT VẬT LÍ CỦA CÁC BÀI TẬP ĐỊNH TÍNH VỀ CÂN BẰNG CỦA VẬT RẮN

Một người đang đứng chỉ không ngã khi nào đường dây dọi kẻ từ trọng tâm còn ở bên trong diện tích giới hạn bởi đường viền xung quanh hai chân. Vì thế khó đứng trên một chân ; đứng trên dây lại càng khó hơn do chân đế rất nhỏ, đường dây dọi có thể dễ dàng nằm ngoài phạm vi của nó và người sẽ đổ ngã. Vì thế hình trụ nghiêng tất phải đổ ; nhưng nếu nó đủ to để cho đường dây dọi kẻ từ trọng tâm nó đi qua bên trong phạm vi chân đế của nó thì hình trụ sẽ không đổ.

"tháp đổ" như tháp đổ Pisa (Ý) mặc dù nghiêng nhưng không đổ cũng vì đường dây dọi kẻ từ trọng tâm của nó đi qua bên trong phạm vi của mặt chân đế. Với các vật thể khác cũng vậy, khi diện tích ở chân đế càng lớn, trọng tâm càng thấp thì nó càng ổn định. Trong thực tế khi xếp hàng lên ôtô, tàu thuyền đều xếp hàng nặng xuống dưới, hàng nhẹ lên trên với mục đích hạ trọng tâm tránh tình trạng bị lật đổ.