đặc điểm của các lực cơ học; các định luật newton, các định lí về định lượng, momen động lượng; vận dụng giải các bài toán cơ bản về động lực học trong HQC quán tính và không quán tính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (707.54 KB, 70 trang )
ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TPHCM
BÀI GIẢNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 1
T.S Trần Ngọc
Chương 2
ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM
MỤC TIÊU
Sau bài học này, SV phải :
– Nêu được đặc điểm của các lực cơ học.
– Nêu được các đ/luật Newton, các đ/lí về
đlượng, momen đ/lượng.
– Vận dụng giải các bài toán cơ bản về
động lực học trong HQC quán tính và
không quán tính.
NỘI DUNG
2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
2.2 KHÁI NIỆM LỰC , KHỐI LƯỢNG
2.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC
2.5 ĐỘNG LƯỢNG
2.6 MÔMEN ĐỘNG LƯỢNG
2.7 NGUYÊN LÍ TƯƠNG ĐỐI GALLILÉE
2.8 LỰC QUÁN TÍNH
2.0 – KHÁI NIỆM BAN ĐẦU
1) Khái niệm về lực:
– Là số đo tác động cơ học của đối tượng khác tác
dụng vào vật.
→
– Kí hiệu: F (Force)
– Đơn vị đo: (N)
2) Khái niệm về khối lượng:
– Là số đo mức quán tính của vật và mức độ hấp
dẫn của vật đối với vật khác.
– Kí hiệu: m
– Đơn vị: (kg)
2.1- CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
Định luật 1 (định luật quán tính):
Khi không có lực bên ngoài hoặc • Định luật
hợp lực tác dụng lên vật bằng
Newton I:
không thì một vật đang đứng
→
→
yên sẽ vẫn đứng yên, nếu vật
đang chuyển động nó sẽ tiếp tục F = 0 ⇒ a
r
chuyển động với cùng chiều và
v = const
tốc độ như cũ.
=0
Quán tính: tính chất bảo toàn trạng thái ban đầu
2.1- CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
Định luật 2:
Nếu hợp lực tác dụng lên một vật khác
không, vật sẽ chuyển động có gia tốc. Lực
và gia tốc của vật được liên hệ với nhau
bởi công thức:
• Định luật Newton II:
Phương trình cơ bản
động lực học
→
F hL
a=
m
F = ma
→
2.1- CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON
Định luật 3 (lực và phản lực):
Khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì
vật B cũng tác dụng lên vật A một lực
cùng độ lớn nhưng có chiều ngược lại:
→
F AB = − F BA
Định luật Newton III:
→
→
F BA = F '
A
B
→
→
→
F AB = F
2.2- LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
3) Các lực trong tự nhiên
Về bản chất, có 4 loại lực tương tác:
• Lực tương tác mạnh
• Lực tương tác yếu
• Lực tương tác điện từ
• Lực tương tác hấp dẫn
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: a) Lực hấp dẫn – trọng lực:
Lực hấp dẫn giữa 2 chất điểm:
m1m 2
F=G 2
r
Hằng số hấp dẫn G = 6,67.10-11 Nm2 / kg2
A
→
F BA
→
r
F AB
r
r
m1m 2 r
Fhd = −G 2 .
r
r
B
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: a) Lực hấp dẫn – trọng lực:
Lực hấp dẫn của một vật lên một chất điểm:
dM
→
dF
r
M
r
Fhd = −G
∫
(M)
mdM r
.r
3
r
m
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: a) Lực hấp dẫn – trọng lực:
m1
→
F 21
Lưu ý:
• Lực hấp dẫn giữa 2 quả
m2
cầu đồng chất được tính
→
giống như 2 chất điểm đặt
F12
tại tâm của chúng.
• Một vỏ cầu đồng chất thì không
hấp dẫn bất kì chất điểm nào bên
trong nó.
• Trong phạm vi gần đúng cho phép, ta
có thể tính lực hấp dẫn giữa 2 vật
giống như 2 chất điểm đặt tại khối tâm
của chúng.
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: a) Lực hấp dẫn – trọng lực:
Trọng lực: Là lực hấp dẫn của Trái Đất tác
dụng vào vật, có tính đến ảnh
hưởng của chuyển động tự quay
quanh trục của Trái Đất.
ϕ
→
P
Tuy nhiên, ảnh hưởng của cđ tự quay
quanh trục của TĐ là không đáng kể,
nên:
Mm
P≈F=G
r
2
= mg
M là gia tốc rơi tự do, hay gia tốc
trong đó: g = G 2
r trọng trường.
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: a) Lực hấp dẫn – trọng lực:
h
Gia tốc rơi tự do:
Là gia tốc rơi của các vật trong
→
chân không, chỉ dưới tác dụng
P
của trọng lực.
ϕ
Ở sát bề mặt TĐ:
M
2
g 0 = G 2 ≈ 9,8m / s
R
Ở độ cao h:
g phụ thuộc vào vĩ
độ, cấu trúc vỏ TĐ
M
R2
g=G
= g0
2
(R + h)
(R + h) 2
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: b) Lực đàn hồi:
• Xuất hiện khi vật bị biến dạng.
• Ngược chiều với chiều biến
dạng.
• Tỉ lệ với độ biến dạng.
r
r
r
Fdh = −k∆ l = − kx
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: b) Lực đàn hồi:
ur
T'
ur
T
u
r
P
→
N
• Lực căng dây
có bản chất là
lực đàn hồi.
• Phản lực pháp tuyến
của mặt tiếp xúc cũng có
bản chất là lực đàn hồi.
→
P
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: c) Lực ma sát:
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: c) Lực ma sát:
r
Fmsn
r
F
r
Ft
Fmsn = Ft ≤ µ n N
Lực ma sát tĩnh (nghỉ):
• Xuất hiện khi vật có
xu hướng trượt trên
mặt tiếp xúc.
• Ngược chiều với xu
hướng chuyển động.
• Cân bằng với thành
phần tiếp tuyến của ngoại
lực và có giá trị giới hạn.
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: c) Lực ma sát:
Lực ma sát động:
• Xuất hiện khi vật
trượt (hoặc lăn) trên
mặt tiếp xúc.
• Ngược chiều chiều
chuyển động.
r
Fms
ur
N
• Tỉ lệ với áp lực của
mặt tiếp xúc.
Fmst = µ t N
FmsL = µ L N
µL < µ t ≤ µn
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
4) Các lực cơ học: c) Lực ma sát:
v
a) 1
b) 2/5
c) 2/5
d)1/25
Fc = kSv
Fc = kSv 2
Lực ma sát ướt (nhớt):
• Xuất hiện khi vật rắn
chuyển động trong chất
lỏng hoặc chất khí.
• Ngược chiều chiều
chuyển động.
• Tỉ lệ với tiết diện cản
và tỉ lệ bậc nhất với vận
tốc (hoặc bậc 2, nếu vận
tốc lớn).
2.2 - LỰC VÀ KHỐI LƯỢNG
Tóm lại, về bản chất, các lực cơ học gồm:
Hấp dẫn –
trọng lực
Đàn hồi
Trượt
→
mm r
F hd = −G 1 2 2 .
r
r
→
Ma sát khô
→
Nghỉ
Lăn
→
Fdh = − k ∆l Fms = µN Fms ≤ Fgh FmsL = µLN
Fgh= µnN
Mm
P = G 2 = mg
r
→
R
→
N
→
F ms
Lưu ý đặc điểm và biểu thức định lượng của các lực.
2.3- PP ĐỘNG LỰC HỌC:
Để giải bài toán ĐLH chất điểm, ta thực hiện các bước:
B1: Phân tích các lực tác dụng lên vật.
B2: Áp dụng phương trình cơ bản của động
→
→
lực học:
∑F = ma
(1)
B3: Chiếu lên các trục toạ độ.
∑
∑ F = ma
Fx = ma x
y
y
(2)
(3)
B4: Giải hệ pt và biện luận kết quả.
VÍ DỤ 1:
Vật khối lượng m, chuyển động dưới tác dụng của lực đẩy
F2 và lực kéo F1 như hình vẽ. Tính gia tốc của vật, biết hệ
số ma sát trượt giữa vật và mặt đường là µ.
→
N
→
F2
→
F1
α
β
y
→
F ms
→
P
O
x
Giải:
→ →
→
→
N
F2
→
→
F1 + F2 + P + N + Fms = m a
Phương trình ĐLH:
→
→
→
(1)
Chiếu (1) lên Ox:
F1 F1cosα + F2cosβ - Fms = ma (2)
α
β
Chiếu (1) lên Oy:
F1sinα - F2sinβ - P + N = 0 (3)
→
F ms
y
Vật trượt, nên Fms = µN (4)
→
P
O
Giải hệ pt (2), (3) và (4), ta được:
x
F1 (cos α + µ sin α) + F2 (cos β − µ sin β) − µmg
a=
m
Đáp số:
F1 (cos α + µ sin α) + F2 (cos β − µ sin β) − µmg
a=
m
F2 = 0
F1 (cos α + µ sin α) − µmg
a=
m
a max khi nào?
F1 = 0
F2 (cos β − µ sin β) − µmg
a=
m
a max khi nào?
