Chương 2: Động lực học chất điểm

Động Lực Học nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến đổi trạng thái chuyển động của vật và nguyên nhân làm biến đổi trạng thái của chuyển động đó. Chương này nghiên cứu mối quan hệ giữa gia tốc của chất điểm, hệ chất điểm với các lực tác dụng lên nó. Các phương trình động lực học rút ra chỉ được áp dụng cho các vật có kích thước nhỏ – các chất điểm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 2: Động lực học chất điểmChöông 2: ÑOÄNG LÖÏC HOÏC 41 Chương 2 ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Động Lực Học nghiên cứu mối quan hệ giữa sự biến đổi trạng thái chuyểnđộng của vật và nguyên nhân làm biến đổi trạng thái của chuyển động đó. Chươngnày nghiên cứu mối quan hệ giữa gia tốc của chất điểm, hệ chất điểm với các lực tácdụng lên nó. Các phương trình động lực học rút ra chỉ được áp dụng cho các vật cókích thước nhỏ – các chất điểm. Vì thế, khi nói “vật” ta hiểu vật đó là chất điểm. §2.1 – CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON Cơ sở của Động Lực Học là ba định luật của Newton. Isaac Newton – nhà VậtLý người Anh (1642 – 1727). Trong công trình “Các tiên đề toán học của triết học tựnhiên”, công bố năm 1687, ông đã phát biểu những định luật cơ bản của cơ học cổđiển, thiết lập được định luật vạn vật hấp dẫn, nghiên cứu sự tán sắc ánh sáng và khởithảo những cơ sở của các phép tính vi phân và tích phân.1 – Định luật Newton thứ I: Một vật cô lập, nghiã là hoàn toàn không chịu tác dụng của các vật khác, sẽmãi mãi đứng yên (nếu nó đang đứng yên) hoặc chuyển động thẳng đều (nếu nó đangchuyển động). Nói các khác, một vật cô lập sẽ bảo toàn trạng thái chuyển động của nó → →( v = const ). Đây là một thuộc tính của vật chất, và được gọi là quán tính của vật. Vìthế, định luật I Newton còn gọi là định luật quán tính. Trên thực tế, không có vật cô lập tuyệt đối, mà chỉ có những vật chịu tác dụngcủa những lực cân bằng, khi đó định luật I Newton cũng nghiệm đúng.2 – Định luật Newton thứ II:a) Khái niệm về lực: Trong cuộc sống, ta thấy rõ nhiều hiện tượng vật này tác dụngvào vật kia. Chẳng hạn như: khi nâng một vật lên cao, tay ta đã tác dụng vào vật và vậtđã đè lên tay ta; khi nam châm để gần đinh sắt sẽ hút đinh sắt, … . Để đặc trưng chocác tác dụng đó, người ta đưa ra khái niệm về lực. Lực là đại lượng vật lý đặc trưng cho tác dụng của vật này vào vật khác, là sốđo của tác động cơ học do các đối tượng khác tác dụng vào vật. Số đo ấy đặc trưngcho hướng và độ lớn của tác dụng. Lực được kí hiệu là F (Force). Trong hệ SI, lực có đơn vị là newton (N). Lực →là một đại lượng vectơ ( F ) và là một khái niệm cơ bản của Động Lực Học. →- Phương của lực F : cho biết phương tác dụng. →- Chiều của F : cho biết chiều tác dụng.42 Giaùo Trình Vaät Lyù Ñaïi Cöông – Taäp 1: Cô – Nhieät – Ñieän →- Độ lớn của F : cho biết độ mạnh, yếu (cường độ) tác dụng. →- Điểm đặt của F : cho biết vị trí (điểm) chịu tác dụng.Dưới tác dụng của lực, vật có thể thu gia tốc hoặc bị biến dạng. Chương này khôngnghiên cứu sự biến dạng của vật, chỉ nghiên cứu quan hệ giữa gia tốc của chất điểmvới các lực tác dụng vào nó. Nếu tổng vectơ của hai lực đặt vào chất điểm bằng không thì sự có mặt củacác tác động đo bởi các lực đó không được phản ánh trong chuyển động của chấtđiểm. Hai lực như vậy được gọi là hai lực cân bằng. Trong cơ học, ta phân biệt ba loại lực: Các lực hút tương hỗ giữa các vật – gọi là lực hấp dẫn. Các lực xuất hiện khi các vật tiếp xúc trực tiếp tác dụng lên nhau. Các lực này có chung bản chất là lực đàn hồi. Các lực là kết quả của sự tương tác giữa hai vật tiếp xúc nhau, chuyển động tương đối với nhau. Các lực này gọi là lực ma sát.Bản chất và đặc điểm của các lực này, được trình bày rõ hơn ở §2.2.b) Khái niệm về khối lượng: Mọi vật đều có xu hướng bảo toàn trạng thái chuyển động ban đầu của mình.Thuộc tính đó gọi là quán tính của vật. Mức quán tính của vật được đặc trưng bởi mộtđại lượng vật lý đó là khối lượng. Ta nói: khối lượng là số đo mức quán tính của vật. Quán tính của vật thể hiện ở gia tốc mà nó thu được khi có ngoại lực tác dụngvà được định lượng bởi định luật II Newton: F = ma. Ta thấy, với cùng một lực tácdụng, trạng thái chuyển động biến đổi càng nhỏ (gia tốc càng nhỏ) khi khối lượng(quán tính) của vật càng lớn và ngược lại. Khối lượng còn là đại lượng đặc trưng cho mức hấp dẫn giữa vật và các vậtkhác. Theo Newton, lực hấp dẫn giữa Trái đất và vật là F = mg. Như vậy, đối với cùngmột vật, ta có thể viết: F = m i a và F = m g g . Trường hợp thứ nhất, khối lượng là sốđo quán tính của vật, nên gọi là khối lượng quán tính và được kí hiệu là mi. Trườnghợp thứ hai, khối lượng là số đo tương tác hấp dẫn của vật với Trái đất, nên gọi là khốilượng hấp dẫn và được kí hiệu là mg. Tuy nhiên, trong sự rơi tự do, mọi vật đều có cùng gia tốc a = g như nhau nênsuy ra khối lượng quán tính và khối lượng hẫp dẫn bằng nhau về trị số: mi = mg = m (2.1) Hệ thức (2. ...