Bài giảng Vật lý đại cương A1: Chương 3 - TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ

Bài giảng Vật lý đại cương A1: Chương 3 gồm có phần. Bài giảng được biên soạn nhằm mục đích trang bị những kiến thức khái quát, cơ bản cho người học về động học và động lực học vật rắn. Nội dung bài giảng trình bày: vật rắn, khối tâm, chuyển động của vật rắn, mômen quán tính và mômen quay. Bên cạnh đó, bài giảng còn giới thiệu cho người học chương trình động lực học vật rắn và phương pháp giải bài toán động lực học vật rắn. Mời các em tham khảo nội dung chi tiết bài giảng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Vật lý đại cương A1: Chương 3 - TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG A1 ĐẠI HỌC Chƣơng 3 ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN Giảng viên: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ NỘI DUNG §3.1 – VẬT RẮN. KHỐI TÂM §3.2 – CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN §3.3 – MÔMEN QUÁN TÍNH. MÔMEN QUAY §3.4 – GIẢI BÀI TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN §3.1 – VẬT RẮN. KHỐI TÂM 1. Vật rắn a. Khái niệm về hệ chất điểm, vật rắn b. Khối lƣợng của hệ chất điểm, vật rắn ► m m  dm  m  (M)dV  (M)dS  (M)dl    Hệ chất điểm: m i i ► Vật rắn: (V) , ,  (S) (L) - mật độ khối lượng. Khối lượng phân bố đều: TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ m  V  S  l 1 §3.1 – VẬT RẮN. KHỐI TÂM 2 – Khối tâm a – Định nghĩa Khối tâm của hệ cđiểm là điểm G thỏa mãn: m1 M1 n m M G  0 i m2 G M2 i i 1 Khối tâm của VR là G, thỏa: m3   MGdm  0 M3 M VR G dm: phần tử khối lượng tại M. §3.1 – VẬT RẮN. KHỐI TÂM b – Xác định khối tâm Thực hành: - Tìm giao của các trục đx. - Dùng quả rọi. A B A G A’ B’ A’ §3.1 – VẬT RẮN. KHỐI TÂM Lý thuyết: Phƣơng pháp toạ độ. n   rG  OG   m r i 1 n i i  mi   m r  m2 r2  ...  1 1 m1  m2  ... m1  i 1 m2 r1 G   r3 TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ  rG m3 r2 O 2 Tọa độ khối tâm của hệ chất điểm – vật rắn:   x   G        yG        z G      xdm  dm n m x i i  i 1 n  (xG,yG,zG) là tọa độ của khối tâm G. vat ran mi vat ran i 1 n m y i i i 1 n m  i i i 1 n m ydm (xi ,yi ,zi) là tọa độ của chất điểm thứ i. dm vat ran i 1 n m z   vat ran i  i i 1   (x,y,z) là tọa độ của phần tử dm. zdm vat ran dm vat ran §3.1 – VẬT RẮN. KHỐI TÂM 3 – Chuyển động của khối tâm G Vận  tốc  d rG v   của G dt G: n  n  mi vi m  i  i 1 n m v i 1 m i i (m là khối lượng của hệ) i 1 Gia  tốc  của a  d vG  G dt G: n n m a F  i i 1 m i  i  i 1 m → G chuyển động nhƣ một chất điểm có khối lƣợng bằng khối lƣợng của toàn hệ. §3.2 – CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN 1 – Vật rắn tịnh tiến   v M  vG → Mọi điểm trên VR đều vạch ra các quĩ đạo giống nhau với cùng một vận tốc. Chuyển động của VR đƣợc qui về cđ của G. TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 3 §3.2 – CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN 2 – Vật rắn quay quanh trục cố định  ► Mọi điểm trên VR đều vạch ra các đƣờng tròn đồng trục với cùng vận tốc góc , gia tốc góc b và góc quay . ►    ri  Mi Vận tốc dài, gia tốc tiếp tuyến, pháp tuyến và gia tốc toàn phần của một điểm Mi bất kì là: vi  vi  ri , a ti  bri , a ni  2ri , a i  a 2ti  a ni2 §3.2 – CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN 3 – Chuyển động phức tạp của vật rắn Quay quanh trục qua G. Tịnh tiến của khối tâm G     vM  vG   R   R  GM O Lăn không trượt: vO = x = s x s R. = = =R.ω t t t TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 4 §3.3–MÔMEN QUÁN TÍNH. MÔMEN QUAY 1 – Định nghĩa mômen quán tính: Đặc trƣng cho mức quán tính trong chuyển động quay. Đơn vị đo: kgm2 • Mômen quán tính đối với trục quay : r: khoảng cách từ chất điểm đến trục  Của một chất điểm: I   mr 2 Của hệ chất điểm: I    mi ri 2  m1r12  m2 r22  ... Của một vật rắn: I    r 2dm n i 1 vr r : khoảng cách từ dm đến trục  2 - Mmqt của các VR đồng chất đối với trục quay qua G (hình vẽ) : 1 Khối trụ đặc, đĩa tròn: I  mR 2 2 Khối trụ rỗng, vành tròn: I  mR 2 Thanh mảnh dài L: I  1 mL2 12 2 Khối cầu đặc: I  mR 2 5 2 Quả cầu rỗng: I  mR 2 3 Lƣu ý: I  mR 2 I I 1 mR 2 2 I 1 mR 2 2 I 1 m 12 2 1 mR 2 4 I0 TS. Nguyễn Thị Ngọc Nữ 5