Bài giảng Vật lý đại cương - Chương IV: Cơ năng & trường lực thế - Đỗ Ngọc Uấn

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương - Chương IV: Cơ năng & trường lực thế - Đỗ Ngọc Uấn

1. Ch−ơng IV cơ Năng &tr−ờng lực thế Bμi giảng Vật lý đại c−ơng Tác giả: PGS. TS Đỗ Ngọc Uấn Viện Vật lý kỹ thuật Tr−ờng ĐH Bách khoa Hμ nội
2. 1.2. Công suất Trong khoảng thời gian Δt lực sinh công ΔA → công suất trung bình: ΔA P = Δt ΔA dA Công suất tức thời P= lim = Δt → 0 Δt dt Công suất có giá trị = đạo hμmcủacôngtheo r thời giandA= Fr . d s r Công suất bằng tích vô h−ớng r sd r r PF= = v.F của lực tác dụng với véc tơ vận dt tốc của chuyển dời r P= Fr . v
3. A>0 hệ nhận công; A không thể sinh công mãi mãi mμ không nhận năng l−ợng từ bên ngoμi.
4. Độ biến thiên động năng của chất điểm trong quãng đ−ờng nμo đó có giá trị bằng công của ngoại lựctác dụng lên chất điểm trong quãng 2 đ−ờng đó mv A12=Wđ2-Wđ1 W = đ 2 Wđ2 > Wđ1 => Lực phát động sinh công Wđ2 Lực cản Động năng vật rắn lăn không tr−ợt = Động năng chuyển động tịnh tiến + Động năng chuyển động quay: mv2Iω 2 W= + đ 2 2
5. ( m' 1 m− 2 ) v 1+ 2 2 m 2 v v1 = m1+ m 2 ( m' 2 m− 1 ) v 2+ 2 1 m 1 v v 2 = m1+ m 2 Các tr−ờng hợp riêng: m1= m2 => v1’=v2 vμ v2’=v1; m1 v1’ ≈ -v1 vμ v2’ ≈ v2 Va chạm mềm: Sau av m v+ m v chạm hai vật dính vμo nhau v = 1 1 2 2 a uv a gs n u h cc ố nt ậ V m1+ m 2 chạm:
6. 5. Tr−ờng lực thế 5.1. Định nghĩa tr−ờng lực thế Tr−ờng lực: Tại mọi vị trí trong tr−ờng lực chất điểm đều bị lực tác dụng r r r F F(r)=r F(x,y,z) = rsd vr r r M r N AMN = ∫ F d s F MN Nếu công AMN không phụ thuộc vμo dạng đ−ờng đi mμ chỉ phụ thuộc vμođiểmđầuvμ điểm cuối r thìr)r(F lμ lực của tr−ờng lực thế r F∫ dr s= 0
7. 6. Thế năng Định nghĩa: Thế năng của chất điểm trong tr−ờng lực thế lμ một hμmWt phụ thuộc vμovị trí của chất điểm sao cho AMN=Wt(M)- Wt(N) Thế năng đ−ợc định nghĩa sai khác một hằng số cộng: Wt(z) = mgz + C Tính chất: Thế năng đ−ợc định nghĩa sai khác một hằng số cộng, nh−ng hiệu thế năng giữa 2 điểm xác định r •Giữatr−ờng lực thế vμ thế năng: F∫ dr s= 0 • Thế năng lμ dạng năng l−ợng đặc tr−ng cho t−ơng tác
8. 7.3. Sơ đồ thế năng Wt = Wt(x,y,z) 2 W= mv /2 + Wt = const Wt(x) Wt(x) ≤ W W Thế năng của chất điểm không thể v−ợt quá cơ x năng của nó xAxD xB xC Toạ độ của chất điểm nằm trong phạm vi: xA ≤ x ≤ xB vμ x ≥ xC Tại xD thế năng đạt cực tiểu
9. 1. Định luật Niutơn về lực hấp dẫn vũ trụ 1.1. Phát biểu định luật r r r F+ F ' = 0 mmr r ’ F 'F mm ' -11 2 2 FG= G = 6,67.10 Nm /kg r 2 Hằng số hấp dẫn vũ trụ 2 chất điểm có khối l−ợng m, m’ hút nhau những lực F vμ F’ có cùng ph−ơng lμ đ−ờng thẳng nối 2 chất điểm, cùng độ lớn tỷ lệ với m vμ m’ tỷ lệ nghịch r2 m = m’=60kg, r=0,1m => F= 2,4.10-5N •áp dụng cho 2 chất điểm • áp dụng cho 2 hai quả cầu đồng chất
10. Tính hốik l−ợng của ácc thiên thể M Khối l−ợng của quả đất: g= G 0 R 2 9g , 8 R2 ( 6 , 376 . 2 10 ) M=0 = 6 .≈ 1024 kg G 6 , 67 .−11 10 MM ' Khối l−ợng của ặtm trời:FGHT = R'2 R '2 v FLT 2 M'= v G F FMLT = HT R' 2π R ' v = R’ T M’ 2π R'3 M'(= )2 2 .= 1030 kg T G
11. 2.3. Tính chất tr−ờng hấp dẫn: d sr = r r−r ' r A r P r r dAF sd F d= sr F = . PQα . cos r α Q r r 'r PQ . cosα = dr M, O B Mm Dấu - do r giảm, dA= − Fdr = − 2 Gdr F lμ lực hút r r B dr AAB chỉ phụ thuộc A = −GMm AB ∫ r 2 vμođiểmđầuvμ rA Mm Mm điểm cuối của A(G= −)(G − − ) AB chuyển dời rA rB =>Tr−ờng lực thế Dấu - thể hiện t−ơng tác hút
12. 4. Chuyển động trong tr−ờng hấp dẫn của trái đất v1-Vận tốc vũ trụ cấp I v -Vận tốc vũ trụ cấp II v > v 2 2 Bắn vậtlêntừmặtđất: v1 v2:Vật bay khỏi tr−ờng hấp dẫn của trái đất v1 <v < v2:Vật bay theo quĩ đạo Ellip quanh trái đất