chương i vận động cơ học công và năng lượng

10.09.2012 Vận động Cơ học 1
CHƯƠNG I
VẬN ĐỘNG CƠ HỌC
CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG
1. BÀI MỞ ĐẦU
2. CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT ĐIỂM
3. CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN
4. CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG
10.09.2012 Vận động Cơ học 2
BÀI MỞ ĐẦU
1. MỤC TIÊU MÔN HỌC
2. TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ
3. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
4. ĐO LƯỜNG
5. CÔNG CỤ TOÁN HỌC
10.09.2012 Vận động Cơ học 3
1. MỤC TIÊU MÔN HỌC
1. Trình bày được các định luật vật lý cơ bản
chi phối quá trình vận động của tự nhiên
2. Hiểu và giải thích các quá trình vật lý cơ
bản xảy ra trong cơ thể sống
3. Giải thích nguyên lý họat động và ứng dụng
các thiết bị vật lý dùng trong y dược học
4. Sử dụng được các thiết bị vật lý trong phân
tích, xét nghiệm, chẩn đóan bệnh lý
5. Biết cách tiến hành thực nghiệm để kiểm
tra, đo đạc, minh họa và nghiên cứu
10.09.2012 Vận động Cơ học 4
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bài giảng Vật lý-Lý sinh; Bộ môn Vật lý-Lý
sinh; ĐHYD TP.HCM

2. Cơ sở vật lý; David Halliday-Robert
Resnick-Jearl Walker; NXB GD 2007
3. Vật lý đại cương; Lương Duyên Bình chủ
biên; NXB ĐH
4. Giáo trình vật lý đại cương; I.V Xaveliev;
NXB ĐH-THCN 1998
5. Giáo trình Lý sinh y học Trường đại học Y
Hà Nội
10.09.2012 Vận động Cơ học 5
2. TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ
VẬT LÝ CỔ ĐIỂN
•
Các hiện tượng trong đời sống hàng
ngày thường xảy ra với vận tốc nhỏ và
khoảng cách tương đối lớn.
•
Vật lý cổ điển (còn gọi là Cơ học cổ điển
hay Vật lý Newton) nghiên cứu các hiện
tượng với vận tốc nhỏ hơn nhiều so với
vận tốc ánh sáng, và kích thước lớn
hơn nhiều so với kích thước nguyên tử.
10.09.2012 Vận động Cơ học 6
•
Vật lý cổ điển (Vật lý Newton) không thể giải
thích được rất nhiều hiện tượng trong tự nhiên
từ cấp độ vi mô đến vĩ mô
•
Sự ra đời Vật lý hiện đại nhằm giải thích một số
hiện tượng mà Vật lý cổ điển chưa làm được
•

Đồng thời Vật lý hiện đại đã mang lại một cái
nhìn sâu sắc của con người về tự nhiên, đồng
thời thúc đẩy sự tiến bộ của loài người.
•
Thuật ngữ Vật lý hiện đại ám chỉ những khái
niệm vật lý hậu Newton.
2. TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ
VẬT LÝ HIỆN ĐẠI
10.09.2012 Vận động Cơ học 7
•
Vật lý hiện đại dựa trên nền tảng của hai lý
thuyết cơ học lượng tử và thuyết tương đối.
•
Các hiệu ứng lượng tử xảy ra ở cấp độ
nguyên tử (gần 10
−9 m
), trong khi các hiệu ứng
tương đối tính xảy ra khi vận tốc của vật đạt xấp
xỉ vận tốc ánh sáng (gần 3.10
8 m/s
).
•
Vật lý hiện đại nghiên cứu các hiện tượng ở cấp
độ vi mô và vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng.
2. TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ
VẬT LÝ HIỆN ĐẠI
10.09.2012 Vận động Cơ học 8
2. TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ
CƠ HỌC
LƯỢNG TỬ

THUYẾT TRƯỜNG
LƯỢNG TỬ
V Ậ N T Ố C 
Nhỏ hơn nhiều 3.10
8
m/s Gần bằng 3.10
8
m/s
K Í C H T H Ư Ớ C 
Nhỏ hơn 10
-9
m Lớn hơn 10
-9
m
VẬT LÝ
CỔ ĐIỂN
CƠ HỌC
TƯƠNG ĐỐI TÍNH
10.09.2012 Vận động Cơ học 9
3. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
•
Đối tượng của vật lý: các vật thể, trường, hiện
tượng, quá trình…(tính chất, cấu tạo, vận động)
•
Mỗi thuộc tính của một Đối tượng vật lý được
đặc trưng bởi một hay nhiều Đại lượng vật lý:
khối lượng, nhiệt độ, điện tích, lực, vận tốc…
•
Đại lượng vô hướng chỉ có giá trị độ lớn: khối

lượng, nhiệt độ, điện tích…
•
Đại lượng có hướng-vectơ có độ lớn, phương,
chiều, điểm đặt: lực, cảm ứng từ, vận tốc…
10.09.2012 Vận động Cơ học 10
3. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
VECTƠ - ĐỊNH LUẬT VẬT LÝ
•
Vectơ 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
a

r
10.09.2012 Vận động Cơ học 11
3. ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ
TỌA ĐỘ VECTƠ
Hình 2-8
Hình 2-9a
A = A
x
i

+ A
y
j

+ A
z
k
10.09.2012 Vận động Cơ học 12
4. ĐO LƯỜNG
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
10.09.2012 Vận động Cơ học 13
4. ĐO LƯỜNG
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
10.09.2012 Vận động Cơ học 14
5. 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
10.09.2012 Vận động Cơ học 15
5. CÔNG CỤ TOÁN HỌC
GIẢI TÍCH VECTƠ
Hình 2-24a
Hình 2-21
A.B = AB cos θ
C=AxB=(ABsinθ)u
C
(A,B)=ABcosθ
10.09.2012 Vận động Cơ học 16
BÀI 2
CHUYỂN ĐỘNG CỦA
CHẤT ĐIỂM
1. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
10.09.2012 Vận động Cơ học 17
1. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
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
10.09.2012 Vận động Cơ học 18
1. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
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
10.09.2012 Vận động Cơ học 19
1. ĐỘNG HỌC CHẤT ĐIỂM
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
một chiều, áp dụng 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
)
10.09.2012 Vận động Cơ học 20
2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
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)
10.09.2012 Vận động Cơ học 21
2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
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: F = -F’
Các lực tác dụng của 2 vật đối với nhau bao
giờ cũng bằng và ngược chiều nhau (nhưng
điểm đặt khác nhau!)
10.09.2012 Vận động Cơ học 22
2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
F = F
1
+F
2
+F
3
= 0

V = const
F = ma
F = -F’
10.09.2012 Vận động Cơ học 23
2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
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
10.09.2012 Vận động Cơ học 24
2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
Ví 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)

10.09.2012 Vận động Cơ học 25
2. ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
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 F
1
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