Bài giảng Vật lí - Chương 2: Động lực học chất điểm - Nguyễn Minh Châu

Nội dung text: Bài giảng Vật lí - Chương 2: Động lực học chất điểm - Nguyễn Minh Châu

1. Giảng viên chính ĐHBKTPHCM: Th.S: NGUYỄN – MINH – CHÂU ChươngII: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM II.1 Khái niệm cơ bản ™ Lực: là 1 đại lượng vật lý (N) đặc trưng cho sự tương tác. • Ngoại lực: là các lực từ phía bên ngoài tác động lên vật. • Nội lực: là lực tương tác giữa các phần tử bên trong. Khi vật không bị biến dạng: Σnội lực = 0. ™ Khối lượng m: là 1 đại lượng vật lý ( Kg ) đặc trưng cho tính ì (quán tính). II.2 Ba định luật Newton 1/ Định luật 1: (Định luật quán tính) a. Phát biểu: 1 vật cô lập (không chịu tác dụng của ngoại lực) nếu vật đang đứng yên sẽ đứng yên mãi mãi, còn nếu đang chuyển động thì sẽ chuyển động thẳng đều. r r ⎪⎧ϑ=0 ⇒ ϑ = 0 ⎨ r r ⎩⎪ϑ=hs ⇒ ϑ = hs b. Hệ quy chiếu quán tính: là hệ quy chiếu nhìn vật cô lập thấy nó đứng yên hay chuyển động thẳng đều. K là hệ quy chiếu quán tính thì đứng yên hay chuyển động thẳng đều so với K → K’: là hệ quy chiếu quán tính. Ví dụ: Mặt đất được coi là hệ quy chiếu quán tính (tương đối). 2/ Định luật 2: (Định luật cơ bản của vật chuyển động có gia tốc) a. Phát biểu: Một vật có khối lượng m, dưới tác dụng của tổng ngoại lực thì vật đó chuyển động có gia tốc: r F ar = ∑ m r b. Phương trình động lực học cơ bản: F= m ar r r ∑ i i i FA FB 3/ Định luật 3: (Định luật tương tác giữa 2 vật) a. Phát biểu: 2 vật A và B tương tác với nhau: r Vật A tác dụng lên vật B một lực FB r r thì vật B tác dụng lên vật A một lực FFA = − B b. Các cặp lực liên kết: r r • Trọng lực: Khi vật có khối lượng m chuyển động trong trái đất thì ta có: PP,' pr ⎧ Điểm đặt: khối tâm G pr' ⎪ Phương: đường thẳng đứng (coi mặt đất ngang) ⎨ Chiều: hướng xuống. r ⎪ P= mgr ⎩ Độ lớn: P= mg r • Phản lực: vuông góc, khi 2 vật A, B tiếp xúc chồng: N Điểm đặt: tại điểm tiếp xúc. Phương: vuông góc mặt tiếp xúc. Chiều: từ điểm tiếp xúc hướng đến vật đang xét. Độ lớn: N =N’ (giải phương trình tìm N, N’) r N'
2. Giảng viên chính ĐHBKTPHCM: Th.S: NGUYỄN – MINH – CHÂU r r VD: a 1 + N 1 r r r a1 + F T ms 1 r r r r r m1 g N1 a1 r ar T T T r 2 r ar T r T 2 a r 2 Fms1 + r m gr m gr m1 g r 2 1 r + m2 g m g 2 ™ Dây không giãn → vận tốc tại mọi điểm trên dây như nhau → a1 = a2 (độ lớn) ™ Trên mọi điểm của sợi dây không có vật gì có khối lương thì sức căng như nhau → T1 =T2 = T II.3 Hệ quy chiếu bất quán tính – Lực quán tính 1. Hệ quy chiếu bất quán tính r Là hệ quy chiếu chuyển động với gia tốc a0 so với hệ quy chiếu quán tính. K là hệ quy chiếu quán tính, thì chuyển động có gia tốc đối với K đều là hệ quy chiếu bất quán tính. 2. Lực quán tính: Fqt = − m.a0 ⎧ Điểm đặt: tại khối tâm G. ⎪ r r ⎪ Phương: cùng phương a0 . F qt ⎨ Chiều: Ngược chiều ar . ⎪ 0 ⎪ r r ⎩ Độ lớn: Fqt = m. ao . Ghi chú: lực quán tính chỉ xuất hiện ở hệ quy chiếu bất quán tính. VD1: Treo hệ ròng rọc trong thang máy: r • Chọn mặt đất là hệ quy chiếu quán tính K. a0 Hệ phương trình lực tương ứng: r m : m gr + T = mar = m(') ar + ar ⎧ 1 1 1 1 1 1 0 + ⎨ r m: m gr + T = m ar = m(') ar + ar ⎩ 2 2 2 2 2 1 0 r r a'1 a' 2 vì vật 1 đi lên cùng chiều 2 đi xuống ngược chiều . + • Chọn sàn thang máy: hệ quy chiếu bất quán tính. r r r r Fqt1 Fqt 2 m : m g r + T + F = m ar ' r ⎧ 1 1 qt 1 1 1 m1 g r ⎨ r r r r m2 g ⎩ m2 : m1 g+ T + Fqt 2 = m2 a' 2 Fqt1 = m1.ao ; Fqt2= m2.ao r r r r a'1 : gia tốc vật 1 đối với sàn thang máy ≠ đối với đất: a1= a' 1+a o a1’= a2’= a’
3. Giảng viên chính ĐHBKTPHCM: Th.S: NGUYỄN – MINH – CHÂU r y F II.5 Cơ năng của chất điểm A r α 1/ Công của lực F : a. Công nguyên tố: r r r dl dA= F. dl = F . dl .cosα r r B α : góc hợp bởi F và dl . x Nếu α nhọn: công phát động, lực làm cho vật di chuyển α tù: công cản, lực làm cản vật chuyển động. α = 90 0 : : lực không tạo công. B B r r r A r =dA = F. dl b. Công của lực F khi vật di chuyển A → B : F() AB ∫∫ A A r Chúng ta sử dụng công thức này khi lực F không đổi, góc α không đổi. ™ Công của lực ma sát: r AFms() AB = −kmg cosα .AB ™ Công của trọng lực: r r Amgr () AB = mgsinα . AB N F ms ™ Công của phản lực: r r A r = 0 N ⊥ dl N mgr 2/ Động năng: là năng lượng thể hiện sự chuyển động của vật 1 2 Wđ = mϑ ⇒ dA r = dWđ 2 F r r CM: dA = F. dl r r r r r r Mà F= Fx i + F y j + F z k = ma = ∑ F r r r r dl= dxi + dyj + dzk dϑ ⇒⇒dA = F dx + F dy + = ma + ma + mà a = x và ϑ = dx . x y x y x dt x dt 1 2 2 2 1 2 => ⇒dA = mϑx dv x + m ϑy d ϑ y + m ϑz d ϑ z = d[(2 m ϑx+ ϑ y + ϑ z )] = d (2 mϑ ) ™ Tính công bằng động năng: CHÚ Ý; là tổng các ngoại lực tác dụng Vd: là tổng của 3 lực: , , . B WñBđ Ar = dA = dW = W − W =Δ W Khi đó: F(AB) ∫ ∫ ñđ ñđđ ñđđ ñđ A WñAđ Kết luận: Công của tổng ngoại lực di chuyển vật thì bằng độ biến thiên động năng.
4. Giảng viên chính ĐHBKTPHCM: Th.S: NGUYỄN – MINH – CHÂU - Công của lực phi thế bằng độ biến thiên cơ năng. r AWWWF ' =BA − = Δ - Chỉ có lực thế (lực phi thế = 0). r F'= 0 ⇒ ΔW =0 ⇒ WBA = W = hs (cơ năng hệ bảo toàn) VD1: A r r = ΔWñ = WñB − WñA r (PF)+ ms N A r F A r = −ΔW = W − W (P) t tA tB r r Fms A = ΔW = WBA− W (F)ms B r P VD2: A r r = ΔWñ = WñB − WñA (PF)+ c r y FC r A(P) = −ΔWt= W tA − WtB r ϑ A r = ΔWWW= − (F)c BA A mgr h B x 0 II.6 Trường hấp dẫn: 1. Lực hấp dẫn:Cho 2 chất điểm khối lượng , đặt cách nhau 1 khoảng r, thì hút nhau bởi lực: m m FFG= = 1 2 1 2 r 2 G: hằng số hấp dẫn,G = 6,67.10−11Nm 2 / kg 2 KL: 2 chất điểm cách nhau 1 khoảng nào đó luôn luôn hút nhau bằng những lực tỉ lệ với tích khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách đó. m m r F2 m2 1 2 1 FFG2= − 1 = − 2 m F1 r1 r1 1 r r1
5. Giảng viên chính ĐHBKTPHCM: Th.S: NGUYỄN – MINH – CHÂU ™ Vận tốc vũ trụ cấp 1 và cấp 2. ĐN: Vận tốc vũ trụ cấp 1 là vận tốc tối thiểu cần cấp cho 1 vật để nó trở thành vệ tinh của trái đất, nghĩa là quỹ đạo của nó là hình tròn bao quanh trái đất. Hay nói cách khác đó là vận tốc tối thiểu để thắng được lực hút của trái đất để bay vào vũ trụ. Xác định : ϑ 2 a= g = ⇒ ϑ =g R ≈ 7,9 km / s n 0 R I 0 Xác định ϑII: Trường lực thế: W=hs (cơ năng bảo toàn). - Khi vật xuất phát từ mặt đất với vận tốc ϑ và bay xa vô cùng: 2 2 2 mϑ ⎛ Mm ⎞ mϑ∞ mϑ∞ +⎜ − G ⎟ = + 0 mà ≥ 0 . 2 ⎝ R ⎠ 2 2 M ϑ 2 ≥2G = 2g R với ϑ =2g R = 11,2 km / s ⇒ϑ ≥ ϑ R 0 II 0 II KL: ϑ p ϑI : Vật rơi trở lại mặt đất. ϑ = ϑI : Vật chuyển động với quỹ đạo là đường tròn. ϑI pϑ p ϑII : Vật chuyển động với quỹ đạo là elip. ϑ ≥ ϑII : Vật chuyển động với quỹ đạo là parabol thoát khỏi trái đất. r ϑ