VẬT lí và thí nghiệm 1

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

TĨM TẮT LÝ THUYẾT
VÀ
BÀI TẬP VẬT LÝ 1

Hà Nội, 2020


MỤC LỤC

Chương 1. Động lực học chất điểm
1.1

1.2

3

Động học chất điểm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.1.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.1.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

Động lực học chất điểm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.2.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.2.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

Chương 2. Động lực học hệ chất điểm - vật rắn

13

2.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

Chương 3. Năng lượng

19

3.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

3.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

Chương 4. Trường hấp dẫn

25

4.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

4.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

Chương 7. Trường tĩnh điện

27

7.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

7.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

Chương 8. Vật dẫn

32

8.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

8.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

1


MỤC LỤC
Chương 9. Điện mơi

37

9.1

Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

9.2

Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

Chương 10. Từ trường của dịng điện khơng đổi

40

10.1 Cảm ứng từ B và cường độ từ trường H . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

10.1.1 Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

10.1.2 Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42

10.2 Lực tác dụng của từ trường lên dịng điện, điện tích chuyển động trong
từ trường đều . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

10.2.1 Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

10.2.2 Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

Chương 11. Hiện tượng cảm ứng điện từ

48

11.1 Tóm tắt lý thuyết . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

11.2 Bài tập . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

2


Chương 1
ĐỘNG HỌC LỰC CHẤT ĐIỂM

1.1
1.1.1

Động học chất điểm
Tóm tắt lý thuyết

1. Chuyển động cong:
- Véctơ vận tốc (tức thời hay gọi tắt là vận tốc):
v=

dr
dt

(1.1)

r là bán kính véctơ của chất điểm chuyển động.
- Vận tốc:
2

dx
dt

ds
v=
=
dt

+

dy
dt

2

+

dz
dt

2

(1.2)

với s là hoành độ cong; x, y, z là các tọa độ của chất điểm đang chuyển động hệ

trục tọa độ Descartes vuông góc.
- véc-tơ gia tốc tồn phần
a=

dv
= at + an
dt

(1.3)

dv
dt
v2
gia tốc pháp tuyến: at =
R
Gia tốc toàn phần:
gia tốc tiếp tuyến: at =

| a| =

a2t + a2n =

dv
dt

2

+

2

v2
R

=

d2 x
dt2

R là bán kính cong của quỹ đạo tại điểm đang xét.

3

2

+

d2 y
dt2

2

+

d2 z
dt2

2

(1.4)

1. ĐỘNG

HỌC CHẤT ĐIỂM

2. Chuyển động thẳng đều:
s
- Vận tốc: v = = const
t
- Gia tốc: a = 0
- Phương trình chuyển động: s = v.t
s là quãng đường đi của chất điểm chuyển động.
3. Chuyển động thẳng biến đổi đều:
- Vận tốc: v = v0 + at; v0 là vận tốc ban đầu.
- Gia tốc: a = const.
- Phương trình chuyển động:
1
s = v0 t + at2
2

(1.5)

- Mối liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường dịch chuyển:
v2 − v20 = 2as

(1.6)

4. Chuyển động tròn:
- Vận tốc góc:

dθ
dt

(1.7)

dω
dθ 2
=
dt
dt

(1.8)

ω=
- Gia tốc góc:
β=
trong đó θ là góc quay.
• Trường hợp chuyển động tròn đều:

θ
2π
ω= , ω=
= 2π f ,
t
T

(1.9)

T là chu kì, f là tần số của chuyển động.
• Trường hợp chuyển động trịn biến đổi đều:

ω = βt + ω0 ,

(1.10)

1 2
βt + ω0 t ,
2

(1.11)

ω 2 − ω02 = 2βθ,

(1.12)

θ=

4


1. ĐỘNG

HỌC CHẤT ĐIỂM

• Liên hệ giữa vận tốc, gia tốc dài với vận tốc và gia tốc góc:
v = ω ∧ R; at = β ∧ R

(1.13)

v = Rω; at = Rβ; an = Rω 2 .

(1.14)

5. Sự rơi tự do: trường hợp đặc biệt của chuyển động nhanh dần đều với: v0 =
0; a = g = 9, 81m/s2 .
6. Chuyển động ném xiên:
Vật được ném xiên với vận tốc ban đầu (v, ox ) = α
- Gia tốc:
a

=


 a =0
x
 ay = − g

- Vận tốc:

 v = v = v cos α
x
ox
0
v=
 vy = voy + ay t = v0 sin α − gt
(1.15)
- Phương trình chuyển động:

 x = v0 cos α.t

2

 y = v sin α.t − gt
0
2

(1.16)

- Phương trình quỹ đạo:
y=−

gx2
+ xtgα
2v20 cos2 α

- Độ cao cực đại:
ymax

(1.17)

v20 sin2 α
=
2g

(1.18)

v20 sin 2α
g

(1.19)

- Tầm xa:

xmax =

5


1. ĐỘNG

1.1.2

HỌC CHẤT ĐIỂM

Bài tập

Bài 1.1. Phương trình chuyển động của chất điểm có dạng: x = a cos ωt; y = b sin ωt
Cho biết a = b = 20cm; ω = 31, 4 rad/s . Tìm:
1. Qũy đạo chuyển động của chất điểm.
2. Vận tốc và chu kỳ của chuyển động.
3. Gia tốc của chuyển động
Bài 1.2. Hai ô tô cùng chạy trên một đoạn đường từ A đến B. Chiếc ô tô thứ nhất chạy
nửa đầu đoạn đường với vận tốc v1 và nửa sau của đoạn đường với vận tốc v2 . Chiếc
ô tô thứ hai chạy nửa thời gian đầu với vận tốc v1 và nửa thời gian sau với vận tốc v2 .
Tìm vận tốc trung bình của mỗi ơ tơ trên đoạn đường AB. Cho biết v1 = 60km/h và v2
= 40km/h.
Đáp số: v1 = 48km/h, v2 = 50km/h
Bài 1.3. Một người chèo một con thuyền qua bờ sơng theo hướng vng góc với bờ
sông với vận tốc 7,2km/h. Nước chảy đã mang con thuyền về phía xi dịng một
khoảng 150m. Tìm:
1. Thời gian cần thiết để thuyền qua được sông. Cho biết chiều rộng của sơng bằng
0,5km.
2. Vận tốc của dịng nước với bờ sông.

Đáp số: t = 250(s); v23 = 0,6m/s
Bài 1.4. Một xe lửa bắt đầu chuyển động giữa hai điểm (nằm trên một đường thẳng)
cách nhau 1,5km. Trong nửa đoạn đường đầu xe lửa chuyển động nhanh dần đều, còn
nửa đoạn đường sau xe lửa chuyển động chậm dần đều. Vận tốc lớn nhất của xe lửa
giữa hai điểm đó bằng 50km/h. Biết rằng trị số tuyệt đối của các gia tốc trên hai đoạn
đường bằng nhau. Tính:
1. Gia tốc của xe l.
2. Thời gian để xe lửa đi hết quãng đường giữa hai điểm đó.
Đáp số: a ≈ 0, 13m/s2 ; t ≈ 213,84 (s)
Bài 1.5. Một vật đang đứng yên bắt đầu chuyển động nhanh dần đều, biết rằng trong
giây thứ 5 nó đi được một quãng đường 18 m. Hỏi trong giây thứ 10, vật đó đi được
quãng đường bằng bao nhiêu ?
Đáp số: s = 38 (m)
6


1. ĐỘNG

HỌC CHẤT ĐIỂM

Bài 1.6. Một người đứng ở sân ga nhìn một đồn tàu đang bắt đầu chuyển bánh, biết
rằng toa thứ nhất chạy ngang qua trước mặt người đó trong 6s. Coi chuyển động của
đồn tàu là nhanh dần lên. Hỏi toa thứ n đi qua trước mặt người quan sát trong bao
lâu? Áp dụng với trường hợp n = 7.
√
√
Đáp số: 6( 7 − 6) (s)
Bài 1.7. Thả vật rơi tự do từ độ cao h = 20m. Tính:
1. Quãng đường mà vật rơi được trong 0,1s đầu và 0,1s cuối.
1. Thời gian cần thiết để vật đi được 1m đầu và 1m cuối của độ cao h. Cho g =

10m/s2 .
Đáp số: 1. h1 = 0,05 (m) ; h = 1,95 (m)
2. t1 = 0,45 (s) ; t = 0,05 (s)
Bài 1.8. Phải ném một vật theo phương thẳng đứng từ độ cao h= 45m với vận tốc ban
đầu v0 bằng bao nhiêu để nó rơi tới mặt đất:
1. Trước 1 giây so với trường hợp vật rơi tự do?
2. Sau 1 giây so với trường hợp vật rơi tự do. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: 1. Ném xuống với vận tốc v0 = 12,5 (m/s).
2. Ném lên với vận tốc v0 = 8,75 (m/s)
Bài 1.9. Một hòn đá được ném theo phương nằm ngang với vận tốc ban đầu v0 =
15m/s. Tìm gia tốc pháp tuyến và gia tốc tiếp tuyến của hòn đá sau khi ném 1 giây.
Cho g = 10m/s2 . Bỏ qua mọi lực cản.
Đáp số: at = 5,4 m/s2 ; an = 8,2m/s2
Bài 1.10. Người ta ném một quả bóng với vận tốc ban đầu v0 = 10m/s theo phương
hợp với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 30◦ . Gỉa sử quả bóng được ném đi từ mặt
đất. Hỏi:
1. Độ cao lớn nhất mà quả bóng có thể đạt được.
2. Tầm bay xa của quả bóng.
3. Thời gian từ lúc ném quả bóng tới lúc bóng chạm đất.
Cho g = 10m/s2 . Bỏ qua mọi lực cản.
v2 sin2 α
v2 sin 2α
Đáp số: ymax = 0
, xmax = 0
2g
9
Bài 1.11. Từ độ cao h = 25m người ta ném một hịn đá lên phía trên với vận tốc ban đầu
v0 = 15m/s theo phương hợp với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 30◦ . Xác định:
7

1. ĐỘNG

HỌC CHẤT ĐIỂM

1. Thời gian chuyển động của hòn đá.
2. Vận tốc của hòn đá lúc chạm đất.
Cho g = 10m/s2 . Bỏ qua mọi lực cản.
Đáp số: 1. t = 3,1 (s), 2. v = 26,7 (m/s)
Bài 1.12. Từ một đỉnh tháp cao h = 30m, người ta ném một hòn đá xuống đất với vận
tốc ban đầu v0 = 10m/s theo phương hợp với mặt phẳng nằm ngang một góc α = 30◦ .
Tìm:
1. Thời gian chuyển động của hòn đá.
2. Khoảng cách từ chân tháp đến chỗ rơi của hòn đá.
3. Dạng quỹ đạo của hòn đá.
Cho g = 10m/s2 . Bỏ qua mọi lực cản.
gx2
Đáp số: 1. t = 2(s), 2. x = 17,3(m), 3. y = h − x tan α − 2
2v0 cos2 α
Bài 1.13. Một vô lăng sau khi bắt đầu quay được một phút thì thu được vận tốc
700vịng/phút. Tính gia tốc góc của vơlăng và số vịng mà vơlăng quay được trong
phút ấy nếu chuyển động của vô lăng là chuyển động nhanh dần đều.
Đáp số: 1. β = 1,22 (rad/s2 ), 2. n = 350 vịng
Bài 1.14. Một đồn tàu bắt đầu chạy vào một đoạn đường tròn, bán kính 1km, dài
600m với vận tốc 54km/h. Đồn tàu chạy hết qng đường đó trong 30s. Tìm vận tốc
dài, gia tốc pháp tuyến, gia tốc tiếp tuyến, gia tốc toàn phần và gia tốc góc của đồn
tàu ở cuối qng đường đó. Coi chuyển động của đồn tàu là chuyển động nhanh dần
đều.
Đáp số: v = 25 (m/s); an = 0,625(m/s2 ); a = 0,7(m/s2 )

8


1. ĐỘNG

1.2
1.2.1

LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

Động lực học chất điểm
Tóm tắt lý thuyết

Phương pháp giải một bài toán động lực học:
Bước 1: Xác định đầy đủ và chính xác các lực tác dụng lên vật và vẽ các lực tác dụng
lên hình.
Bước 2: Viết phương trình cơ bản của động lực học (phương trình định luật 2 Newton): F = m a, với F là tổng các lực tác dụng lên vật.
Bước 3: Chiếu phương trình lên các phương, thu được phương trình đại số và giải.
1. Lực ma sát trượt:
f ms = kN,

(1.20)

trong đó, k là hệ số ma sát, N là độ lớn của phản lực pháp tuyến.
2. Phương trình Newton:
dK
= F,
(1.21)
dt
với F là lực tổng hợp tác dụng lên chất điểm, K = mv là véctơ động lượng của

chất điểm có khối lượng m và vận tốc v
3. Mômen động lượng:
L = r ∧ K = r ∧ mv.

(1.22)

4. Định lý về mômen động lượng:
Đối với một chất điểm:
dL
= M.
dt
Trường hợp chất điểm chuyển động tròn với vận tốc góc ω:
dL
d
= (I ω )
dt
dt

(1.23)

(1.24)

với I = mr2 là mơmen qn tính của chất điểm đối với O.
5. Phép biến đổi Galiléo:
Công thức cộng vận tốc:
v = v +V

(1.25)

a = a + V.

(1.26)

Công thức cộng gia tốc:

9


1. ĐỘNG

LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

6. Phương trình Newton trong hệ quy chiếu chuyển động (tịnh tiến):
m a = F + Fqt

(1.27)

với Fqt = −m A, A là gia tôc tịnh tiến của hệ quy chiếu chuyển động.

1.2.2

Bài tập

Bài 1.15. Một người di chuyển một chiếc xe với vận tốc không đổi. Lúc đầu người ấy
kéo xe về phía trước, sau đó người ấy đẩy xe về phía sau. Trong cả hai trường hợp,
càng xe hợp với mặt phẳng nằm ngang một góc α. Hỏi trong trường hợp nào người ấy
phải đặt lên xe một lực lớn hơn? Biết rằng trọng lượng của xe là P, hệ số ma sát giữa
bánh xe và mặt đường là k.
Đáp số: Kéo xe về phía trước : f ms = k ( P − F. sin α)
Đẩy xe về phía sau: f ms = k ( P + F. sin α)

Bài 1.16. Một bản gỗ phẳng A có khối lượng 5kg bị ép giữa hai mặt phẳng thẳng đứng
song song. Lực ép vng góc với mỗi mặt của bản gỗ bằng 150N. Hệ số ma sát tại mặt
tiếp xúc là 0,20. Lấy g = 10m/s2 . Hãy xác định lực kéo nhỏ nhất cần để dịch chuyển
bản gỗ A khi nâng nó lên hoặc hạ nó xuống.
Đáp số: Kéo gỗ lên phía trên: Fmin = mg + 2kN
Kéo gỗ xuống dưới: Fmin = mg − 2kN
Bài 1.17. Một tàu điện, sau khi xuất phát, chuyển động với gia tốc không đổi 0,5m/s2 .
Sau khi bắt đầu chuyển động được 12s, người ta tắt động cơ của tàu và tàu chuyển
động chậm dần đều cho tới khi dừng hẳn. Trên toàn bộ quãng đường hệ số ma sát
bằng k = 0,01. Tìm:
1. Vận tốc lớn nhất của tàu.
2. Thời gian toàn bộ kể từ khi tàu xuất phát cho tới khi tàu dừng hẳn.
3. Gia tốc của tàu trong chuyển động chậm dần đều.
4. Quãng đường toàn bộ mà tàu đã đi được. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: 1. v = 6m/s; 2. t = 73,2s; 3. s = 216m.
Bài 1.18. Mơt ơtơ có khối lượng 5 tấn đang chạy bị hãm phanh chuyển động chậm dần
đều. Sau 2,5s xe dừng lại. Từ lúc bắt đầu hãm phanh cho đến khi dừng hẳn nó đi được
12m. Tìm:
1. Vận tốc của ơtơ lúc bắt đầu hãm phanh.
10


1. ĐỘNG

LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

2. Lực hãm trung bình. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: v = 9,6m/s; F = -19,2.103N
Bài 1.19. Hai vật nặng có khối lượng m1 = 300g, m2 = 500g được buộc vào hai
đầu sợi dây vắt qua rịng rọc có khối lượng khơng đáng kể.

Vật m1 ở dưới vật m2 một khoảng h = 2m (hình vẽ). Xác định:
1. Gia tốc chuyển động của hệ vật và sức căng sợi dây.
2. Sau bao lâu hai vật m1 và m2 ở cùng độ cao.
Cho g = 10m/s2 , bỏ qua khối lượng của dây, sợi dây khơng giãn,
bỏ qua ma sát ở ổ trục của rịng rọc.
Đáp số: a = 2,5m/s2; T = 3,75N
Bài 1.20. Một toa xe khối lượng 20 tấn chuyển động với vận tốc ban đầu 54km/h. Xác
định lực trung bình tác dụng lên xe, nếu toa xe dừng lại sau thời gian:
1. 1 phút 40 giây.
2. 10 giây.
Đáp số: 1. F1 = 3.103N; 2. F2 = 3.104N
Bài 1.21. Một viên đạn khối lượng 10g chuyển động với vận tốc v0 = 200m/s đập vào
một tấm gỗ và xuyên sâu vào tấm gỗ một đoạn s. Biết thời gian chuyển động của viên
đạn trong tấm gỗ t= 4.10−4 s. Xác định lực cản trung bình của tấm gỗ lên viên đạn và
độ xuyên của viên đạn.
Đáp số: F = -0,5.104N; s = 4.10−2 m
Bài 1.22. Một thang máy được treo ở đầu một dây cáp đang chuyển động lên phía trên.
Lúc đầu thang máy chuyển động nhanh dần đều sau đó chuyển động đều và trước khi
dừng lại chuyển động chậm dần đều. Hỏi trong q trình đó, lực căng của dây cáp
thay đổi như thế nào? Cảm giác của người trên thang máy ra sao?
Đáp số: P = P − Fqt = 250N
Bài 1.23. Một thang máy được treo ở đầu một dây cáp đang chuyển động lên phía trên.
Lúc đầu thang máy chuyển động nhanh dần đều sau đó chuyển động đều và trước khi
dừng lại chuyển động chậm dần đều. Hỏi trong q trình đó, lực căng của dây cáp
thay đổi như thế nào? Cảm giác của người trên thang máy ra sao?
Đáp số: Nhanh dần đều: T = m( g + a)
Chuyển động đều T = mg
Chuyển động chậm dần đều: T = m( g − a)
11

1. ĐỘNG

LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

Bài 1.24. Một ôtô khối lượng 2,5 tấn chuyển động với vận tốc không đổi 54km/h qua
một chiếc cầu. Xác định lực nén của ôtô lên cầu, nếu:
1. Cầu nằm ngang.
2. 2. Cầu vồng lên với bán kính cong là 50m.
3. Cầu lõm xuống dưới với bán kính cong là 50m (tương ứng với vị trí ôtô ở giữa
cầu).
Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: Cầu vồng lên: N = 13750N
Cầu võng xuống: N = 36250N.
Bài 1.25. Một phi cơng lái máy bay thực hiện vịng nhào lộn với bán kính 200m trong
mặt phẳng thẳng đứng. Khối lượng của phi công bằng 75kg. Xác định:
1. Lực nén của phi công tác dụng lên ghế ngồi tại điểm cao nhất và thấp nhất của
vòng nhào lộn khi vận tốc của máy bay trong vịng nhào lộn ln khơng đổi và bằng
360km/h.
2. Với vận tốc nào của máy bay khi thực hiện vịng nhào lộn, người phi cơng bắt
đầu bị rơi khỏi ghế ngồi? Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: 1. Thấp nhất: N = 4,5.103N; Cao nhất N = 3.103N
v ≥ 44,72m/s

12


Chương 2
ĐỘNG LỰC HỌC HỆ CHẤT ĐIỂM – VẬT RẮN

2.1

Tóm tắt lý thuyết

1. Khối tâm của một hệ chất điểm:
r=

∑i mi ri
m

(2.1)

với m = ∑i mi : tổng khối lượng của hệ.
2. Phương trình chuyển động của khối tâm:

∑ Fi

(2.2)

∑ mi vi = mv,

(2.3)

ma =

i

với a: gia tốc chuyển động của khối tâm.
3. Động lượng của một hệ:
K=

i

với v: vận tốc chuyển động của khối tâm.
4. Định luật bảo toàn động lượng của một hệ cô lập:

−−→

∑ Fi = 0 ⇒ ∑ mi vi = const
i

(2.4)

i

5. Định lý về mômen động lượng của hệ:
dL
= M,
dt

(2.5)

với L = ∑i (ri ∧ mi vi ); M = ∑i (ri ∧ Fi ) là tổng mômen các ngoại lực tác dụng lên
vật.
13


2. TĨM

TẮT LÝ THUYẾT

6. Định luật bảo tồn mơmen động lượng của hệ:
Khi M = 0 ta có:
L=

−−→

∑(ri ∧ mi vi ) = const,

(2.6)

i

dưới dạng khác:

−−→

∑(Ii ωi ) = const,

(2.7)

i

với Ii = mi ri2
7. Phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn quanh trục quay cố
định :

M
(2.8)
I

với β là véctơ gia tốc góc của vật rắn, M là mômen tổng hợp của các ngoại lực
β=

đối với trục quay, I là mơmen qn tính của vật rắn đối với trục quay.
8. Mơmen qn tính:
a) Của vật rắn đối với trục quay

I = ∑ ∆mi ri2 =

r2 dm,

(2.9)

i

với r là khoảng cách từ phần tử khối lượng dm của vật rắn tới trục quay.
b) Của chất điểm khối lượng m đối với trục quay

I = mr2

(2.10)

r là khoảng cách từ chất điểm tới trục quay.
c) Của các vật rắn quay quanh một trục cố định ∆0 trùng với trục đối xứng ∆0
của vật rắn và đi qua khối tâm của nó:
• Thanh dài đồng chất khối lượng m, chiều dài

I=

m 2

12

(2.11)

• Đĩa trịn hoặc trụ đặc khối lượng m, bán kính R

I=

14

mR2
2

(2.12)


2. BÀI

TẬP

• Vành trịn hoặc trụ rỗng khối lượng m, bán kính R

I = mR2

(2.13)

• Khối cầu đặc khối lượng m, bán kính R
2
I = mR2
5

(2.14)

d) Của vật rắn đối với một trục ∆ bất kỳ: không trùng với trục đối xứng ∆0 , không
đi qua khối tâm của vật và song song với trục ∆0 (định lý Steiner-Huyghens)

I = I0 + md2

(2.15)

trong đó I0 là mơmen qn tính của vật rắn đối với trục ∆0 , m là khối lượng
của vật rắn, d là khoảng cách giữa hai trục ∆ và ∆0 .

2.2

Bài tập

Bài 2.1. Một bệ súng có khối lượng 10 tấn có thể chuyển động khơng ma sát trên đường
ray. Trên bệ súng có gắn một khẩu đại bác khối lượng 5 tấn. Gỉa sử khẩu đại bác nhả
đạn theo phương đường ray. Viên đạn có khối lượng 100kg và có vận tốc đầu nịng
500m/s. Xác định vận tốc của bệ súng ngay sau khi bắn, biết rằng:
1. lúc đầu bệ súng đứng yên.
2. Trước khi bắn, bệ súng chuyển động với vận tốc 18km/h theo chiều bắn.
3. Trước khi bắn, bệ súng chuyển động với vận tốc 18km/h ngược chiều bắn.
Đáp số: 1. v = 3,33 m/s
2. Theo chiều bắn: v = 1,7 m/s
3. Ngược chiều bắn: v = 8,37 m/s.
Bài 2.2. Một xe chở đầy cát chuyển động không ma sát với vận tốc v1 = 1m/s trên mặt
đường nằm ngang. Toàn bộ xe cát có khối lượng m = 10kg. Một quả cầu khối lượng m2
= 2kg bay theo chiều ngược lại với vận tốc nằm ngang v2 = 7m/s. Sau khi gặp xe, quả

cầu nằm ngập trong cát. Hỏi sau đó xe chuyển động theo chiều nào, với vận tốc bằng
bao nhiêu?
Đáp số: v = 1,42 m/s theo chiều quả cầu.
Bài 2.3. Một khẩu đại bác khơng có bộ phận chống giật, nhả đạn dưới một góc 45c irc
so với mặt phẳng nằm ngang. Viên đạn có khối lượng m = 10kg và vận tốc v0 = 200m/s.
15


2. BÀI

TẬP

Đại bác có khối lượng M = 500kg. Hỏi vận tốc giật của súng nếu bỏ qua ma sát.
Đáp số: v = 2,82 m/s.
Bài 2.4. Một đĩa tròn đồng chất khối lượng m = 0,3kg, có bán kính R = 0,4m, đang quay
với vận tốc góc 1500vịng/phút. Tác dụng lên đĩa một mômen hãm, đĩa quay chậm dần
và sau thời gian 20giây thì dừng lại. Tìm mơmen lực hãm.
Đáp số: M = 0,19 N.m
Bài 2.5. Một trụ đặc đồng chất, khối lượng m = 100kg, bán kính R = 0,5m đang quay
quanh trục của nó. Tác dụng lên trụ một lực hãm tiếp tuyến với mặt trụ và vuông góc
với trục quay Fh = 243,3N. Sau thời gian 31,4giây trụ dừng lại. Tính vận tốc góc của trụ
lúc bắt đầu tác dụng lực hãm.
Đáp số: β = 9, 7 rad/s2 ; ω = 97, 3π rad/s.
Bài 2.6. Tác dụng lên bánh xe bán kính R = 0,5m và có mơmen qn tính I = 20kg.m2 ,
một lực tiếp tuyến với vành bánh Ft = 100N. Tìm:
1. Gia tốc của bánh xe.
2. Vận tốc dài của một điểm trên vành bánh sau khi tác dụng một lực 10 giây biết
rằng lúc đầu bánh xe đứng yên.
Đáp số: β = 2, 5rad/s2 ; ω = 25 rad/s; v =12,5 m/s.
Bài 2.7. Một bánh xe bán kính 50cm đang quay dưới tác dụng của mômen lực 980N.

Hỏi phải cho mỗi má phanh tác dụng lên vành bánh một lực bằng bao nhiêu để vành
bánh xe quay chậm dần đều với gia tốc góc 2,5rad/s2 . Biết hệ số ma sát 0,25, mơmen
qn tính của bánh xe đối với trục quay 50kg.m2 .
Đáp số: F = 4420N
Bài 2.8. Trên một trụ rỗng khối lượng 1kg, người ta cuộn một sợi dây khơng dãn
có khối lượng và đường kính nhỏ khơng đáng kể (hình vẽ). Đầu
tự do của dây gắn trên một giá cố định. Để trụ rơi tự do dưới tác
dụng của trọng lực. Tìm gia tốc của trụ và sức căng của sợi dây treo.
Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: a = 5m/s2 ; T =5N.
Bài 2.9. Một trụ quay hình trụ đặc khối lượng 100kg có thể quay quanh

16


2. BÀI

TẬP

trục quay nằm ngang. Một sợi dây không giãn, khối lượng
khơng đáng kể được cuốn thành một lớp xít nhau trên thân trụ
và đầu tự do của sợi dây treo vật nặng khối lượng 20kg (hình
vẽ). Để vật nặng tự nó chuyển động. Tìm:
1. Gia tốc của vật nặng
2. Lực căng của dây treo. Cho g = 10m/s2
Đáp số: a = 2.86m/s2 ; T =142,8N.
Bài 2.10. Hai vật khối lượng lần lượt m1 , m2 (m1 > m2 ) được nối với nhau bằng một sợi
dây không dãn, khối lượng khơng đáng kể, vắt qua rịng rọc, rịng rọc khối lượng m.
Tìm:
1. Gia tốc chuyển động của các vật.

2. Sức căng của các dây treo. Coi ròng rọc là một đĩa trịn,
ma sát khơng đáng kể.
Áp dụng bằng số: m1 = 2kg, m2 = 1kg, m = 1kg. Cho g =
10m/s2
Đáp số: a =

m1 − m2
m1 + m2 +

m
2

= 2,86m/s2 ; T1 =14,28N;

T2 = 12, 86N.
Bài 2.11. Một thanh có chiều dài 1m có thể quay xung quanh một trục nằm ngang đi
qua một đầu thanh. Lúc đầu, thanh ở vị trí nằm ngang, sau đó được thả ra. Tìm gia
tốc góc của thanh lúc bắt đầu thả rơi và lúc thanh đi qua vị v trí thẳng đứng. Cho g =
10m/s2 .
Đáp số: β = 0; β =

3g
= 15m/s2 .
2

Bài 2.12. Một vật khối lượng 100kg trượt trên mặt phẳng nghiêng hợp với mặt phẳng
ngang một góc 30◦ và làm quay một bánh xe có dạng một trụ trịn đặc bán kính 0,26m
và khối lượng 25kg. Hệ số ma sát giữa vật và mặt phẳng nghiêng 0,25. Bỏ qua ma sát
của ổ trục của ròng rọc và khối lượng của dây. Tìm:
1. Gia tốc của bánh xe.

2. Lực căng của các dây treo. Cho g =
10m/s2 .

mg sin α − kmg cos α
= 2,52m/s2 ;
M
m+ 2
a
Ma
β = = 9,7rad/s2 ; T =
= 31, 5N.
R
2

Đáp số: a =

17


2. BÀI

TẬP

Bài 2.13. Hai vật A và B có khối lượng mA = mB = 1kg. Coi ròng rọc là một đĩa tròn.
Hệ số ma sát giữa vật mA và mặt ngang là k = 0,2. Tìm:
1. Gia tốc của vật mA , mB và lực căng của các dây
nối.
2. Cũng câu hỏi như trên, xét trường hợp khối
lượng của rịng rọc khơng đáng kể. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: 1. a = 3,2 m/s2 ; T1 = 5,2 N; T2 = 6,8N

2. a = 4 m/s2 ; T1 = T2 = 6N
Bài 2.14. Một trụ đặc khối lượng M = 2,5kg và một vật nặng khối lượng m = 0, 5kg
được nối với nhau bằng một sợi dây khơng giãn vắt qua rịng rọc. Bỏ qua khối lượng
của sợi dây, của ròng rọc. Khi thả vật nặng để nó tự chuyển động thì trụ đặc lăn khơng
trượt trên mặt phẳng ngang. Hệ số ma sát giữa trụ đặc
và mặt ngang bằng 0,1. Tìm:
1. Gia tốc của vật chuyển động của vật nặng.
2. Lực căng của sợi dây. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: 1. a = 1,18 m/s2 ; T = 4,43N.
Bài 2.15. Một đĩa tròn khối lượng m1 = 100kg quay với vận tốc góc ω1 = 10vòng/phút.
Một người khối lượng m2 = 60kg đứng ứng ở mép đĩa. Hỏi vận tốc góc của đĩa khi
người đi vào đứng ở tâm của đĩa. Coi người như một chất điểm.
2m2 + m1
Đáp số: ω2 =
ω1 = 22vòng/phút.
m1

18


Chương 3
NĂNG LƯỢNG

3.1

Tóm tắt lý thuyết

1. Cơng của lực F trong chuyển dời AB bất kỳ
A=

AB

dA =

AB

Fds =

AB

Fs .ds,

(3.1)

trong đó, ds là véctơ chuyển dời nguyên tố, Fs là hình chiếu của F trên phương
của ds.
Trường hợp F không đổi, chuyển dời thẳng:
A = F.s = Fs .s = F.s. cos α,

(3.2)

với α là góc hợp bởi lực F và phương chuyển dời s
2. Công suất của lực:
Công suất tức thời:
P=

dA
dF
=
= F.v

dt
dt

(3.3)

- Đơn vị: Watt, 1 W = 1J/1s
- Công và công suất trong chuyển động quay:
dA = Ft .ds = Ft .r.dθ = M.dθ

(3.4)

P = M.ω

(3.5)

1
Wđ = mv2
2

(3.6)

3. Động năng của chất điểm:

19


3. TÓM

TẮT LÝ THUYẾT

- Định lý động năng: Độ biến thiên động năng của chất điểm trong một chuyển
dời có giá trị bằng công của ngoại lực tác dụng lên chất điểm trong chuyển dời
đó.
A = Wđ2 − Wđ1

(3.7)

- Động năng của vật rắn quay:
Wđ =

1 2
Iω
2

(3.8)

- Trường hợp tổng qt: Vật rắn lăn khơng trượt, động năng tồn phần sẽ bằng
tổng động năng tịnh tiến và cộng động năng quay:
1
1
Wđ = mv2 + Iω 2
2
2

(3.9)

4. Bài toán va chạm:
- Va chạm đàn hồi xuyên tâm: Động năng và động lượng được bảo toàn.

Giải ra:

v1 =

m1 v1 + m2 v2 = m1 v1 + m2 v2

(3.10)

m1 v21 m2 v22
m1 v12 m2 v22
+
=
+
2
2
2
2

(3.11)

2m2 v2 + (m1 − m2 )v1
2m1 v1 + (m2 − m1 )v2
; v2 =
m1 + m2
m1 + m2

(3.12)

- Va chạm mềm: Chỉ có động lượng được bảo tồn.

( m1 + m2 ) v = m1 v1 + m2 v2 → v =

m1 v1 + m2 v2
m1 + m2

(3.13)

Nhiệt lượng tỏa ra:
m1 v21 m2 v22 1
1 m1 m2
+
− ( m1 + m2 ) v2 =
( v − v2 )2
− ∆Wđ =
2
2
2
2 m1 + m2 1

20

(3.14)


3. BÀI

3.2

TẬP

Bài tập

Bài 3.1. Hỏi động cơ máy bay phải có cơng suất bằng bao nhiêu, biết rằng máy bay có
khối lượng 3000kg, khi bay lên cao 1km phải mất một phút. Bỏ qua sức cản của khơng
khí. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: P = 5.104 W.
Bài 3.2. Một ôtô có khối lượng một tấn, khi tắt máy chuyển động xuống dốc thì có vận
tốc khơng đổi 54km/h. Độ nghiêng của dốc là 4%. Hỏi động cơ ôtô phải có cơng suất
bao nhiêu để nó lên dốc trên với cùng vận tốc 54km/h. (sin α = 0,04 ). Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: P = 1,2.104 .W
Bài 3.3. Một ôtô bắt đầu chuyển động nhanh dần đều trên mặt đường nằm ngang, sau
khi đi được 100m thì vận tốc đạt được 72km/h. Tìm cơng của động cơ ơtơ trên đoạn
đường ấy. Biết khối lượng của ôtô bằng 1,8 tấn, hệ số ma sát giữa ôtô và mặt đường k
= 0,05. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: A = 4,5.105 J
Bài 3.4. Một vật có khối lượng 3kg, trượt khơng vận tốc ban đầu từ đỉnh mặt nghiêng
có độ cao 0,5m, chiều dài mặt nghiêng 1m. Khi tới chân mặt nghiêng vật có vận tốc
2,45m/s. Tìm:
1. Hệ số ma sát giữa vật và mặt nghiêng.
2. Công của lực ma sát khi vật trượt trên mặt nghiêng.
Đáp số: k = 0,23 ; A = -6J
Bài 3.5. Tính cơng cần thiết để làm cho một đồn tàu có khối lượng 8.105 kg:
1. Tăng tốc từ vận tốc 36km/h đến vận tốc 54km/h.
2. Dừng lại nếu vận tốc ban đầu 72km/h.
Đáp số: 1. A = 5.107 J ; 2. A = 16.107 J
Bài 3.6. Một khẩu pháo có khối lượng 450kg bắn theo phương ngang, đạn khối lượng
5kg, vận tốc của đạn khi bắn ra khỏi nòng là 450m/s. Khi bắn, bệ pháo bị giật lùi về
phía sau 45cm. Tìm lực hãm trung bình tác dụng lên pháo.
Đáp số: Fh = - 1,25.104 N
Bài 3.7. Một viên đạn khối lượng 10g đang bay với vận tốc 100m/s thì gặp bản gỗ dày
và cắm sâu vào bản một đoạn 4cm. Tìm:
21

3. BÀI

TẬP

1. Lực cản trung bình của gỗ lên đạn.
2. Vận tốc của viên đạn khi ra khỏi bản gỗ đó, nếu bản gỗ chỉ dày 2cm.
Đáp số: 1. Fc = - 1250N; 2. v = 70,7 m/s2

22


3. BÀI

TẬP

Bài 3.8. Một vật khối lượng m trượt không ma sát
từ đỉnh một mặt cầu xuống. Hỏi từ khoảng cách
nào (tính từ đỉnh mặt cầu) vật bắt đầu rơi khỏi mặt
cầu. Cho bán kính mặt cầu 90cm.
Đáp số: ∆h = 30 cm.
Bài 3.9. Từ đỉnh tháp nghiêng cao h = 20m, người ta ném một vật khối lượng 50g theo
phương nghiêng với mặt ngang, với vận tốc ban đầu 18m/s. Khi tới mặt đất vật có vận
tốc 24m/s. Tính cơng của lực cản của khơng khí tác dụng lên vật. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: A= -3,7 J
Bài 3.10. A
Ở đầu sợi dây OA, dài 30cm có treo một vật nặng (hình vẽ).
Hỏi tại điểm thấp nhất A phải truyền cho vật một vận tốc bé nhất
bằng bao nhiêu để vật có thể quay trịn trong mặt phẳng thẳng

đứng.
Đáp số: vAmin =

5g = 3, 87m/s.

Bài 3.11. Một vật có khối lượng 1kg, được ném thẳng đứng ở độ cao 240m xuống mặt
đất với vận tốc ban đầu 14m/s. Vật đi sâu vào đất một đoạn 0,2m. Tính lực cản trung
bình của đất lên vật. Bỏ qua sức cản của khơng khí. Cho g = 10m/s2 .
Đáp số: Fc = -12,5.103 N
Bài 3.12. Một quả cầu khối lượng m1 = 2kg chuyển động với vận tốc v1 = 3m/s, va
chạm xuyên tâm với quả cầu thứ hai khối lượng m2 = 3kg đang chuyển động với vận
tốc v2 = 1m/s cùng chiều với quả thứ nhất. Tìm vận tốc của mỗi quả cầu sau va chạm,
nếu:
1. Va chạm là hoàn toàn đàn hồi.
2. Va chạm mềm.
Đáp số: 1. v1 = 0,6m/s ;v2 = 2,6 m/s ; 2. v1 = v2 = 1,8 m/s
Bài 3.13. M.ột quả cầu khối lượng m1 = 5kg, chuyển động tới va chạm vào quả cầu thứ
hai đang đứng yên có khối lượng m2 = 2,5kg. Sau va chạm động năng của quả cầu thứ
hai là 5J, coi va chạm là xuyên tâm và đàn hồi. Xác định động năng của quả cầu thứ
nhất trước và sau va chạm.
Đáp số: W1 = 5,625 J ; W1 = 0,625J
23


3. BÀI

TẬP

Bài 3.14. Một đĩa tròn đồng chất nặng 20N, lăn không trượt trên một mặt phẳng nằm
ngang với vận tốc 4m/s. Tìm động năng của đĩa. Cho g = 10m/s2 .

2
Đáp số: Wđ = mv2 = 24 J.
3
Bài 3.15. Tính cơng cần thiết để làm cho một vơlăng hình vành trịn đường kính 1m,
khối lượng 500kg, đang đứng n quay tới vận tốc 120 vòng/phút.
Đáp số: A =10kJ.
Bài 3.16. Một quả cầu đặc đồng chất có khối lượng m = 1kg, lăn không trượt với vận
tốc v1 = 10m/s đến đập vào thành tường rồi bật trở ra với vận tốc v2 = 8m/s. Tính nhiệt
tỏa ra trong va chạm đó.
Đáp số: Q =25,2J.
Bài 3.17. Một cột đồng chất có chiều cao 5m, đang đứng ở vị trí cân bằng thì bị đổ
xuống. Xác định:
1. Vận tốc dài của đỉnh cột khi nó chạm đất.
2. Vị trí của điểm M trên cột sao cho khi M chạm đất thì vận tốc của nó đúng bằng
vận tốc chạm đất của một vật thả rơi tự do từ vị trí M. Cho g = 10m/s2 .
2
10
Đáp số: 1. v = 12,2 m/s; 2. x = h = m.
3
3

24