Bài giảng và bài tập Vật lý đại cương (Phần 1: Cơ học) - Chương 2: Động lực học chất điểm

Bài giảng Vật lý đại cương (Phần 1: Cơ học) - Chương 2: Động lực học chất điểm gồm có những nội dung lý thuyết sau: Ba định luật Newton, hệ qui chiếu không quán tính – lực quán tính - nguyên lý tương đối Galilée, một số lực trong cơ học, một số bài tập. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng và bài tập Vật lý đại cương (Phần 1: Cơ học) - Chương 2: Động lực học chất điểm CHƢƠNG II: ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Động lực học là bộ phận cơ học nghiên cứuvề chuyển động của các vật nhưng có xét đếncác lực tác dụng lên vật, là nguyên nhân làmthay đổi trạng thái chuyển động hay đứng yêncủa vật đó. Nền tảng của động lực học là ba định luậtNewton. 1 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON 2.1. BA ĐỊNH LUẬT NEWTON 2.1.1 Định luật I NewtonPhát biểu: Một vật cô lập (khôngchịu tác dụng bởi các lực bênngoài hoặc hợp lực tác dụng lênnó bằng không) nếu nó:+ Đang đứng yên thì sẽ đứng yênmãi.+ Đang chuyển động thì sẽ chuyển Isaac Newton lúc 46 tuổiđộng thẳng đều mãi. 2 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON Do đó một vật bất kỳ có khả năng bảo toàntrạng thái đứng yên hay chuyển động của nó,nên người ta gọi nó là có quán tính. Định luật thứ nhất của Newton cũng được gọi là định luật quán tính. Lưu ý: Định luật I Newton chỉ đúng với cáchệ qui chiếu quán tính, không đúng cho các hệqui chiếu đang chuyển động có gia tốc. Hệ qui chiếu quán tính: Là hệ qui chiếu được  gắn lên một vật cô lập v  const; a  0 . Hệ quichiếu Copernic có thể xem là hệ qui chiếu quántính. 3 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON Hệ qui chiếu gắn liền với Trái đất khôngphải là hệ qui chiếu quán tính vì Trái đất quayquanh Mặt trời và tự quay quanh nó. Nhưngnếu ta xét chuyển động của một vật trongkhoảng thời gian ngắn thì ta có thể xem hệ quichiếu gắn với Trái đất là một hệ qui chiếu gầnquán tính. Theo Galileo, mọi hệ qui chiếu quán tínhđều tương đương nhau về phương diện cơ học,nghĩa là mọi hiện tượng vật lý xảy ra hoàn toànnhư nhau trong các hệ qui chiếu quán tính. 4 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON2.1.2 Định luật II Newton Thí nghiệm Có hai viên bi tự do, bi A đang chuyểnđộng thẳng đều với vận tốc v 1va chạm biB đang chuyển động thẳng đều với vận tốc v 2 . Hai bi va chạm trong thời gian ∆trất ngắn, sau đó cả hai bi   chuyển động với hai vận tốc mới là v 1 và v . 2 5 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON Số gia vận tốc của bi A và bi B là:     v1  v1  v1    v 2  v2  v 2 Thực hiện nhiều thí nghiệm va chạm vớicác khối lượng và vận tốc khác nhau, ngườita thấy hệ thức sau luôn được thỏa:   m1v1  m 2 v 2  0 2.1 6 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON Khái niệm về khối lượng quán tính:Từ biểu thức (2.1) ta thấy: - Tỷ số m1/m2 đặc trưng cho sự biến đổi vậntốc của hai bi tức là có liên quan đến mức quántính của hai bi đó. - Mức quán tính của bi A tỷ lệ với khối lượngm1 của nó, do đó người ta còn gọi khối lượng m1của bi A là khối lượng quán tính của nó. Tươngtự, m2 là khối lượng quán tính của bi B. - Đơn vị của khối lượng là Kg. - Thứ nguyên là [M]. Vậy khối lượng của một vật đặc trưng chomức quán tính của nó 7 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON Khái niệm về động lượng Từ biểu thức (2.1) ta có:     m1Δv1  m 2Δv 2  Δ(m 1v1 )  Δ(m 2 v1 ) 2.2  Đại lượng vectơ bằngtích khối lượng mcủa vật nhân với vận tốc v của nó được gọi làđộng lượng của vật đó, ký hiệu là:   p  mv 2.3  Véctơ động lượng có điểm đặt gắn lên vậtchuyển động. Đơn vị động lượng là: Kgm/s. Thứ nguyên: [M] [L] [T]––1 8 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON Từ (2.3) ta thấy nếu hai vật có cùng vậntốc nhưng có khối lượng khác nhau thì độnglượng của chúng sẽ khác nhau. Khi nó vachạm với một một vật khác, chúng sẽ truyềncho vật này một vận tốc, động lượng của nóbị thay đổi cho nên động lượng là đại luợngđặc trưng cho sự truyền tương tác của cácvật với nhau. Lưu ý: Động lượng là một véctơ cho nêntrong hệ tọa độ XYZ nó có ba thành phần là: px = mvx , py = mvy , pz = mvz 9 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON Khái niệm về lựcKhi một vật chuyển động chịu tương tác bởimột lực thì vận tốc của vật đó bị biến đổi vàdo đó động lượng của nó cũng thay đổi.Giả sử trong khoảng thời gian t, dưới tácdụng một lực, chất điểm có khối lượng m có động lượng p biến thiên một lượng:      p  p  p  mv  mv 10 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON   Δp Lập tỉ số: Ftb  2.4 Δt Tỷ số này đặc trưng cho sự biến đổi củađộng lượng trong một đơn vị thời gian và đượcgọi là lực trung bình tác dụng lên chất điểmtrong khoảng thời gian t.   Xét giới hạn của  p dptỉ số này khi Δt → 0 F  lim t 0 t  2.5 dt Lực là một đại lượng véctơ, lực tác dụng lên một chất điểm bằng đạo hàm của động lượng chất điểm theo thời gian. 11 BA ĐỊNH LUẬT NEWTON    Trong hệ tọa độ OXYZ : F  Fx i  Fy j  Fz k ...