VẬN ĐỘNG CƠ HỌC CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG pdf

16/09/08
16/09/08
1
1
Vận động Cơ học-2
Vận động Cơ học-2
CHƯƠNG I
CHƯƠNG I
VẬN ĐỘNG CƠ HỌC
VẬN ĐỘNG CƠ HỌC
CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG
CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG
1.
1.
BÀI MỞ ĐẦU
BÀI MỞ ĐẦU
2.
2.
CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT ĐIỂM
CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT ĐIỂM
3.
3.
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
4.
4.
CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG
CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG
16/09/08
16/09/08
2

2
Vận động Cơ học-2
Vận động Cơ học-2
BÀI MỞ ĐẦU
BÀI MỞ ĐẦU
1.
1.
MỤC TIÊU MÔN HỌC
MỤC TIÊU MÔN HỌC
2.
2.
ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
3.
3.
CÔNG CỤ TOÁN HỌC
CÔNG CỤ TOÁN HỌC
16/09/08 Vận động Cơ học-2 3
1. MỤC TIÊU MÔN HỌC
1. MỤC TIÊU MÔN HỌC
•
Trình bày được các định luật vật lý cơ bản
chi phối quá trình vận động của tự nhiên
•
Hiểu và giải thích các quá trình vật lý cơ bản
xảy ra trong cơ thể sống
•
Giải thích các nguyên lý họat động và ứng
dụng các thiết bị vật lý dùng trong y học
•

Sử dụng được các thiết bị vật lý trong phân
tích, xét nghiệm, chẩn đóan bệnh lý
•
Biết cách tiến hành thực nghiệm để kiểm tra,
đo đạc, minh họa và xử lý các số liệu
16/09/08 Vận động Cơ học-2 4
2. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
2. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
•
Đối tượng của vật lý: (t/c, c/t, v/đ) các
vật thể, trường, hiện tượng, quá trình…
•
Đại lượng vật lý đặc trưng cho thuộc tính
(thông số) của đối tượng vật lý: khối
lượng, nhiệt độ, điện tích, lực, vận tốc…
•
Đại lượng vô hướng có giá trị độ lớn:
khối lượng, nhiệt độ, điện tích…
•
Đại lượng có hướng-vectơ có độ lớn,
hướng, điểm đặt: lực, vận tốc…
16/09/08 Vận động Cơ học-2 5
2. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
2. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
VECTƠ - ĐỊNH LUẬT VẬT LÝ
VECTƠ - ĐỊNH LUẬT VẬT LÝ
•
Vectơ a trong hệ tọa độ xOy được xác

định bởi các cặp tọa độ (a
x
; a
y
)
•
Khi thay hệ bằng x’O’y’  (a’
x
; a’
y
)
•
Các hệ thức giữa các vectơ (cộng, trừ,
nhân…) không phụ thuộc vào hệ tọa độ

Các hệ thức vật lý (định luật) độc lập
với hệ tọa độ

Ứng dụng: lựa chọn hệ tọa độ phù hợp
để giải các bài tóan vật lý
16/09/08 Vận động Cơ học-2 6
ĐO LƯỜNG
ĐO LƯỜNG
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
•
Vật lý dựa trên đo lường các đại lượng và
các biến đổi trong các đại lượng vật lý
•
Đơn vị (đ/v) là một số đo đại lượng được lấy

chính xác bằng 1
•
Chuẩn là một vật mốc để người ta so sánh
tất cả các mẫu khác của đại lượng đó
•
Các chuẩn phải vừa khả dụng vừa bất biến
và được thiết lập bằng thỏa thuận quốc tế
•
Đo một đại lượng vật lý là phép so sánh nó
với đại lượng cùng loại được quy ước là đ/v
16/09/08 Vận động Cơ học-2 7
ĐO LƯỜNG
ĐO LƯỜNG
MỘT SỐ ĐƠN VỊ CƠ BẢN CỦA SI
MỘT SỐ ĐƠN VỊ CƠ BẢN CỦA SI
•
Mét (m) là độ dài của đoạn đường mà
ánh sáng đi được trong chân không
trong thời gian 1/299792458 giây
•
Một giây (s) là thời gian để xảy ra
9192631770 dao động của ánh sáng
do nguyên tử xêsi-133 phát ra
•
Kilôgam (kg) là khối lượng của 1 chuẩn
gốc platin-iriđi được lưu trữ ở gần Pari
16/09/08 Vận động Cơ học-2 8
3. CÔNG CỤ TOÁN HỌC
3. CÔNG CỤ TOÁN HỌC
•

Giải tích Vectơ
- Tọa độ vectơ
- Cộng vectơ
- Tích vô hướng
- Tích vectơ
•
Đạo hàm và tích phân
•
Phương trình vi phân
16/09/08
16/09/08
9
9
Vận động Cơ học-2
Vận động Cơ học-2
BÀI 2
BÀI 2
CHUYỂN ĐỘNG CỦA
CHUYỂN ĐỘNG CỦA
CHẤT ĐIỂM
CHẤT ĐIỂM
1.
1.
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
2.
2.
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
16/09/08 Vận động Cơ học-2 10

ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
•
Chuyển động của một vật là sự chuyển dời vị trí
của vật đó so với các vật khác trong không gian và
thời gian
•
Chất điểm là một vật có kích thước rất nhỏ so với
những kích thước mà ta khảo sát
•
Hệ quy chiếu bao gồm vật làm mốc, hệ tọa độ,
mốc thời gian và đồng hồ
•
Vị trí một hạt đối với gốc hệ tọa độ Đêcac được
xác định bởi vectơ vị trí: r = xi+yj+zk
•
Vectơ vận tốc bằng đạo hàm của vectơ vị trí đối
với thời gian: v = dr/dt
•
Vectơ gia tốc bằng đạo hàm của vectơ vận tốc
đối với thời gian: a = dv/dt = dr
2
/dt
2
= a
t
+a
n

16/09/08 Vận động Cơ học-2 11
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
GIA TỐC TIẾP TUYẾN-GIA TỐC PHÁP TUYẾN
GIA TỐC TIẾP TUYẾN-GIA TỐC PHÁP TUYẾN
•
Gia tốc tiếp tuyến a
t
đặc trưng cho biến thiên
của vectơ vận tốc về độ lớn:
- Có phương trùng với tiếp tuyến của quĩ đạo
- Chiều chuyển động khi v tăng và chiều ngược
khi v giảm
- Độ lớn bằng: a
t
= dv/dt
•
Gia tốc pháp tuyến a
n
đặc trưng cho biến thiên
của vectơ vận tốc về phương:
- Phương trùng với pháp tuyến của quĩ đạo
- Chiều hướng về phía lõm quĩ đạo
- Độ lớn bằng: a
n
= v
2
/R
16/09/08 Vận động Cơ học-2 12
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM

ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
CHUYỂN ĐỘNG THẲNG-CHUYỂN ĐỘNG TRÒN
CHUYỂN ĐỘNG THẲNG-CHUYỂN ĐỘNG TRÒN
•
Chuyển động thẳng thay đổi đều:
a
n
= 0, a = a
t
= const
•
Chuyển động tròn:
- Vận tốc góc: ω = dφ/dt, φ –góc quay
- Gia tốc góc: β = dω/dt
- Vận tốc dài: v = ω Λ R
- a
n
= v
2
/R = (ωR)
2
/R = ω
2
R
- a
t
= d(ωR)/dt = Rdω/dt = Rβ; a
t
= β Λ R
•

Chuyển động tròn đều: ω = const, β = 0
- Vận tốc dài: v = Rω ; a
n
= v
2
/R = ω
2
R; a
t
= 0
- Chu kỳ: T = 2π/ω; Tần số: f =1/T = ω/2π
16/09/08 Vận động Cơ học-2 13
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
CHUYỂN ĐỘNG TƯƠNG ĐỐI
CHUYỂN ĐỘNG TƯƠNG ĐỐI
•
Chuyển động có tính tương đối phụ thuộc
vào hệ quy chiếu (v và a phụ thuộc hệ qc)
•
Các hệ chuyển động với vận tốc không đổi đối
với nhau gọi là các hệ quy chiếu quán tính
•
Ở vận tốc nhỏ đối với chuyển động cùng 1
chiều công thức cộng vận tốc:
•
v

= v’ + u
•

Ở vận tốc lớn thì công thức trên thay bằng:
•
v = (v’ + u)/(1 + v’u/c
2
)
16/09/08 Vận động Cơ học-2 14
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
•
Lực và chuyển động:
- Lực là số đo của tác động cơ học do các vật
hay trường tác dụng lên chất điểm
- Độ lớn của lực xác định qua gia tốc mà nó
truyền cho 1 khối lượng chuẩn
•
Định luật I Newton:
- Nếu hợp lực tác động lên 1 vật bằng không
thì có thể tìm được các hệ quy chiếu
trong đó vật này không có gia tốc
- Các hệ quy chiếu trên gọi là các hệ quy chiếu
quán tính (và đ/l trên là định luật quán tính)
16/09/08 Vận động Cơ học-2 15
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
•
Định luật II Newton:

- Khối lượng là số đo quán tính của các vật và
các tính chất hấp dẫn của chúng
- Hợp lực ΣF trên vật khối lượng m liên hệ với
gia tốc a của vật: ΣF=ma = mdv/dt
- Đối với vật có khối lượng thay đổi: F=d(mv)/dt
•
Định luật III Newton:
Các lực tác dụng của 2 vật đối với nhau bao
giờ cũng bằng và ngược chiều nhau F = -F’
(nhưng điểm đặt khác nhau!)
16/09/08 Vận động Cơ học-2 16
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM


MỘT SỐ LỰC THƯỜNG GẶP
MỘT SỐ LỰC THƯỜNG GẶP
•
Trọng lực của 1 vật là lực hấp dẫn giữa trái
đất và vật đó P=mg
•
Lực pháp tuyến N là lực tác dụng lên vật
bởi mặt bị vật ép lên
•
Lực ma sát f là lực tác dụng vào 1 vật khi
nó trượt hay định trượt trên 1 mặt nào đó
•
Lực căng T là lực tác dụng lên vật bởi 1 dây
căng tại điểm buộc
16/09/08 Vận động Cơ học-2 17

ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM


V
V
í dụ khảo sát lực
í dụ khảo sát lực
N = P2 = P.cos α
F
ms
= kN = kmg.cosα
P
N
0
M
F
ms
P1
P2
m
α
α
P = P1 + P2 = mg
ma = P1- F
ms
= mgsinα - kmg.cosα
a = g(sinα – kcosα)

16/09/08 Vận động Cơ học-2 18

ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN
ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN
•
Định luật Newton
- Bất kỳ hạt nào cũng hút 1 hạt khác với 1 lực
hấp dẫn có cường độ: F = Gm
1
m
2
/r
2
- Hằng số hấp dẫn G = 6,67x10
-11
m
3
/kg.s
2
•
Trường hấp dẫn
- Nguyên lý chồng chập: Lực toàn phần F1 tác
dụng vào hạt số 1 là tổng của các lực do mọi hạt
kia: F
1
= F
12
+F
13
+…F

1n
= ∫dF
- Thế năng hấp dẫn của 2 hạt: U(r) = -GMm/r
16/09/08 Vận động Cơ học-2 19
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN
ĐỊNH LUẬT VẠN VẬT HẤP DẪN
•
Trường hấp dẫn của trái đất
- Vận tốc vũ trụ cấp I: v
I
= (gR)
1/2
~ 8km/s
- Vận tốc vũ trụ cấp II: v
II
=(2gR)
1/2
~11,2km/s
•
Nguyên lý tương đương
- Sự hấp dẫn và sự gia tốc là tương đương
•
Các lực của tự nhiên
- Lực hấp dẫn
- Lực điện yếu: lực điện từ và lực yếu
- Lực mạnh: lực gắn proton và nơtron
16/09/08 Vận động Cơ học-2 20
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
CÁC ĐỊNH LÝ VỀ ĐỘNG LƯỢNG
CÁC ĐỊNH LÝ VỀ ĐỘNG LƯỢNG
•
Động lượng - định lý 1
- ĐN động lượng là vectơ K = mv, đặc trưng cho khả
năng truyền chuyển động của vật
- F = ma = mdv/dt = d(mv)/dt = dK/dt:
“Lực tác động lên chất điểm bằng đạo hàm động
lượng chất điểm đó theo thời gian”
•
Xung lượng - định lý 2
- dK = Fdt  ΔK = K
2
– K
1
= ∫Fdt (từ t
1
đến t
2
)
- ĐN xung lượng của lực F: J = ∫Fdt (từ t
1
đến t
2
)
-”Độ biến thiên động lượng của 1 chất điểm trong 1
khỏang thời gian nào đó có giá trị bằng xung lượng
của lực tác dụng trong khỏang thời gian đó”
16/09/08 Vận động Cơ học-2 21

ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
CÁC ĐỊNH LÝ VỀ ĐỘNG LƯỢNG
CÁC ĐỊNH LÝ VỀ ĐỘNG LƯỢNG
•
Định luật bảo toàn động lượng
- Đối với hệ chất điểm F = d(Σm
i
v
i
)/dt
- Nếu hệ cô lập thì F = 0  Σm
i
v
i

= const
•
Động lượng ở tốc độ rất lớn
- Khối lượng của 1 vật ở vận tốc v (lớn):
m = m
0
(1-v
2
/c
2
)
-1/2
- Động lượng ở tốc độ lớn:
P = mv = m

0
(1-v
2
/c
2
)
-1/2
v
•
Đ/l II Newton: F = d(m
0
(1-v
2
/c
2
)
-1/2
v)/dt
16/09/08
16/09/08
22
22
Vận động Cơ học-2
Vận động Cơ học-2
BÀI 3
BÀI 3
CHUYỂN ĐỘNG QUAY
CHUYỂN ĐỘNG QUAY
CỦA VẬT RẮN
CỦA VẬT RẮN

1.
1.
CHUYỂN ĐỘNG VẬT RẮN. KHỐI TÂM
CHUYỂN ĐỘNG VẬT RẮN. KHỐI TÂM
2.
2.
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH
QUANH MỘT TRỤC CỐ ĐỊNH
3.
3.
ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMENT
ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOMENT
ĐỘNG LƯỢNG
ĐỘNG LƯỢNG
4.
4.
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA CƠ THỂ
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA CƠ THỂ
16/09/08 Vận động Cơ học-2 23
CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN
•
Chuyển động (cđ) của vật rắn có thể phân tích
thành cđ tịnh tiến và cđ quay
•
Chuyển động tịnh tiến:
- Đặc điểm: Đường thẳng nối 2 điểm bất kỳ của vật luôn
luôn song song với chính nó (v, a các điểm như nhau)

- Phương trình: (Σmi) x a = ΣFi
•
Đặc điểm chuyển động quay vật rắn:
- Mọi điểm vật có cùng vận tốc góc ω và gia tốc góc β
- Vectơ vận tốc thẳng và vectơ gia tốc tiếp tuyến của 1
điểm cách trục quay 1 khoảng r:
v = ω Λ r a = β Λ r
16/09/08 Vận động Cơ học-2 24
KHỐI TÂM
KHỐI TÂM
•
Khối tâm hệ chất điểm M
1
, M
2
,…, M
n
lần lượt có
khối lượng m
1
, m
2
,…, m
n
là điểm G xác định bởi:
m
1
M
1
G + m

2
M
2
G + …+ m
n
M
n
G = Σm
i
.M
i
G = 0
Toạ độ của khối tâm: R = OG = Σm
i
.r
i
/Σm
i
•
Vận tốc khối tâm: V = dR/dt = Σm
i
.v
i
/Σm
i

= P/(Σm
i
)  P = (Σm
i

)V
•
Phương trình chuyển động khối tâm:
(Σm
i
).a = ΣF
i

,
,
(a= dV/dt: gia tốc khối tâm)
•
Khối tâm 1 hệ cđ như 1 chất điểm có khối lượng
bằng tổng khối lượng của hệ và chịu tác dụng
của 1 lực bằng tổng ngoại lực tác dụng lên hệ
16/09/08 Vận động Cơ học-2 25
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
QUANH 1 TRỤC CỐ ĐỊNH
QUANH 1 TRỤC CỐ ĐỊNH
•
Moment lực đối với trục quay ∆
- Lực gây ra chuyển động quay: F
t

- Moment lực đối với trục quay: M = r Λ F
t
•
Moment quán tính đối với trục quay ∆
I

i
= m
i
r
i
2
I = Σm
i
r
i
2

I = ∫r
2
dm
•
Phương trình cơ bản chuyển động quay
F
ti
= m
i
a
ti
 M
i
= r
i
Λ F
ti
= m

i
r
i
Λ a
ti

r
i
Λ a
ti
= r
i
Λ (β Λ r
i
) = (r
i
,

r
i
)β –(

r
i
, β)r
i
= r
i
2
β

M
i
= m
i
r
i
2
β M =ΣM
i
=Σm
i
r
i
2
β = Iβ  M = Iβ