báo cáo bài tập lớn vật lý 1 đề tài xác định quỹ đạo của vật

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.32 MB, 20 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH </b>

<b>🙞···☼···🙜 </b>

<b>BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Vật lý 1 </b>

<b>Xác định quỹ đạo của vật </b>

Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH </b>

<b>🙞···☼···🙜 </b>

<b>BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Vật lý 1 </b>

<b>Xác định quỹ đạo của vật </b>

Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Vật lý đại cương 1 là mơn học đại cương có tầm quan trọng đối với sinh viên ĐH Bách Khoa TPHCM nói riêng và sinh viên các ngành khối Khoa học Kỹ thuật – Cơng nghệ nói chung. Do đó, việc dành cho môn học này một khối lượng thời gian nhất định và thực hành là điều tất yếu để giúp cho sinh viên có được cơ sở vững chắc về các môn Khoa Học Tự Nhiên (KHTN) và làm tiền đề để học tốt các môn khác trong chương trình đào tạo.

Sự phát triển của Tốn-Tin ra đời đã hỗ trợ rất lớn trong quá trình phát triển của các môn học vật lý. Việc ứng dụng tin học trong q trình giải thích các cơ sở dữ liệu của vật lý, giải các bài toán vật lý đã làm cho thời gian bỏ ra được rút ngắn lại và mang hiệu quả

<i>cao hơn. Như ta đã biết, phần mềm ứng dụng Matlab đã giải quyết được các vấn đề đó. Vì thế việc tìm hiểu Matlab và ứng dụng Matlab trong việc thực hành môn học Vật lý đại </i>

cương 1 rất quan trọng và có tính cấp thiết cao.

Ở bài tập lớn này, nhóm thực hiện nội dung “Xác định quỹ đạo của vật ” thông qua

<i>phần mềm Matlab. Đây là một dạng bài toán khá quan trọng của phần Cơ học, được ứng </i>

dụng trong nhiều môn nghiên cứu khác.

Sau đây là nội dung tìm hiểu bài tập lớn của nhóm !

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

2.1.1 Hướng giải quyết ... 7

2.1.2 Ý nghĩa bài toán ... 7

<b>4.1. Giới thiệu các lệnh được sử dụng ... 11</b>

<b>4.2. Sơ đồ khối giải bài toán trên matlab ... 12</b>

<b>4.3. Đoạn code Matlab của bài toán ... 13</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Hình 4.2.1 Sơ đồ khối bài tốn ... 12

Hình 4.4.1 Dữ liệu nhập vào Matlab ... 15

Hình 4.4.2 Hình ảnh của quỹ đạo ... 16

Hình 4.4.3 Dữ liệu nhập vào Matlab ... 17

Hình 4.4.4 Hình ảnh của quỹ đạo ... 17

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b> Bảng 4.1 Câu lệnh và chức năng Matlab ... 11

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<i>Sử dụng Matlab để giải bài toán sau </i>

“ Vận tốc của chất điểm chuyển động trong mặt phẳng Oxy được xác định bởi biểu thức 𝒗

⃗⃗ = 𝐚𝐜𝐨𝐬(𝐛𝐭)𝒊 + 𝐜𝐱 𝒋 . Cho trước các giá trị a, b, c xác định quỹ đạo của vật và vẽ quỹ đạo đó ?”

a. Sinh viên phải cần có kiến thức về lập trình cơ bản MATLAB. b. Tìm hiểu các lệnh Matlab liên quan symbolic và đồ họa.

<b>1.3. Nhiệm vụ: </b>

Xây dựng chương trình matlab:

1) Nhập các giá trị ban đầu (những đại lượng đề cho).

2) Thiết lập các phương trình tương ứng. Sử dụng các lệnh symbolic để giải hệ phương trình.

3) Vẽ hình.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Vẽ được quỹ đạo khi biết được phương trình chuyển động của chất điểm theo thời gian trong mặt phẳng Oxy, từ đó xác định được các thơng số liên quan của chuyển động tại mọi thời điểm

<i>2.1.1 Hướng giải quyết </i>

Ôn lại kiến thức cần thiết trong chương “Động học chất điểm” của Vật Lý 1

Dựa vào Matlab để giải hệ phương trình, từ đó đưa ra phương trình chuyển động của vật:

- Tìm hiểu về lập trình cơ bản Matlab - Giải quyết bài tốn trên Matlab

Dựa vào phương trình chuyển động vẽ quỹ đạo của vật và kết luận

<i>2.1.2 Ý nghĩa bài tốn </i>

Đề tài này cho ta cái nhìn trực quan hơn về hình dạng quỹ đạo chuyển động của chất điểm trong mặt phẳng Oxy bằng phần mềm Matlab. Từ đó ta có thể xác định những thơng số của chuyển động của vật tại mọi thời điểm. Hơn thế nữa, ta có thể ứng dụng Matlab vào những bài tốn khó tương tự mà ta không thể giải bằng tay.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>3. CƠ SỞ LÍ THUYẾT 3.1. Cơ sở lí thuyết: </b>

Bài tốn sử dụng cơ sở lí thuyết động lực học chất điểm trong hệ trục tọa độ

<i>Descartes Oxy, kiến thức liên quan chủ yếu trong chuyên đề “Động học chất điểm”. Ngồi ra, chúng ta cịn sử dụng các kiến thức cần thiết để thực hiện trên Mathlab. </i> Trong đó: 𝑥, 𝑦, 𝑧 là tọa độ của chất điểm trong hệ trục tọa độ.

<i><b> b. Phương trình chuyển động của vật theo thời gian: </b></i>

- Phương trình chuyển động của một chất điểm bao gồm vector vị trí và tọa độ của chất

- Quỹ đạo của chất điểm M là tập hợp các vị trí của chất điểm trong suốt quá trình chuyển động.

<i>3.1.2 Vector vận tốc tức thời </i>

- Vector vận tốc tức thời 𝑣 là đạo hàm của vector vị trí theo thời gian. - Trong hệ tọa độ Descartes:

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Ngoài ra, cần trang bị các kiến thức lí thuyết liên quan đến phương trình chuyển động và kĩ năng biến đổi tương đương.

<i>3.2.1 Trong bài giải </i>

<b>- Từ phương trình vector vận tốc, sử dụng nguyên hàm, ta lần lượt tìm ra tọa độ </b>(𝑥, 𝑦) của chất điểm theo a,b,c.

- Biến đổi phương trình 2 ẩn 𝑥, 𝑦 về dạng phương trình quen thuộc( trịn, elip, thẳng, cong…).

- Kết luận.

<i>3.2.2 Trên Matlab </i>

<i>- Nhập các giá trị ban đầu a,b,c cho trước vào trong chương trình. </i>

- Nhập lần lượt 𝑣<sub>𝑥</sub> và 𝑣<sub>𝑦</sub> theo ý muốn vào chương trình

- Sử dụng các hàm để tính tốn theo quỹ đạo đã tìm được khi giải quyết bài tốn. - Dùng hàm đồ thị để xác định quỹ đạo chuyển động của chất điểm.

- Nhập vào thời gian đầu và cuối của chuyển động. - Vẽ quỹ đạo của chất điểm theo thời gian.

Chọn vị trí đầu của vật (lúc 𝑡 = 0) là gốc tọa độ, vật chuyển động không vận tốc đầu.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Từ đó, ta được dạng phương trình tổng qt như sau:

⇒ quỹ đạo của vật là hình Elip có tâm (0; 0), 2 độ dài là <sup>2𝑎</sup>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>4. MATLAB 4.1. Giới thiệu các lệnh được sử dụng </b>

INTPUT() Khai báo biến là giá trị được nhập vào từ bàn phím

DISP() In ra màn hình 1 chuỗi kí tự hoặc 1 biến

SET() Thiết lập các đặc tinh chất cho đối tượng

CLEAR ALL

<i><b>CLOSE ALL </b></i>

Xóa bộ nhớ

SUBS Tính các giá trị của hàm tại giá trị

<i>Bảng 4.1 Câu lệnh và chức năng Matlab </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<b>4.2. Sơ đồ khối giải bài toán trên matlab </b>

tốn theo quỹ đạo đã tìm được khi giải quyết bài toán.

Vẽ quỹ đạo của chất điểm theo thời

gian.

Nhập vào thời gian đầu và cuối của chuyển động.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<b>4.3. Đoạn code Matlab của bài tốn </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<i>Hình 4.4.3 Dữ liệu nhập vào Matlab </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Với sự phân công chuẩn bị kỹ lưỡng và cố gắng hết mình, nhóm đã hồn thành bài tốn của giáo viên giao cho với đề tài “Xác định quỹ đạo của vật”. Và Matlab cho ra kết quả như mong muốn.

Với MATLAB, ta đã tính tốn và vẽ được quỹ đạo của vật trong không gian Oxy. Kết quả cho thấy được rõ tốc độ và quỹ đạo của vật mà không cần giải tay và tự vẽ. Với phương pháp sử dụng phần mềm Matlab có thể giúp thuận tiện và dễ dàng hơn trong việc giải các bài toán tương tự mà không thể giải được bằng tay.

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<i>[1] Giáo trình Vật Lý Đại Cương A1, GS.TS.Lương Dun Bình cùng Nhóm Tác giả, </i>

Nxb .ĐHQG TPHCM.

[3] <i>A. L. Garcia and C. Penland, MATLAB Projects for Scientists and Engineers, </i>

Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1996.

</div>