Tài liệu: Động lực học

Trong vật lý học, động lực học là một ngành trong cơ học chuyên nghiên cứu chuyển động của các vật thể và mối liên hệ giữa chúng với tương tác giữa các vật. Động lực học quan tâm đến nguyên nhân sinh ra chuyển động của các vật, đó chính là lực.Cơ sở của động lực học trong thế giới vĩ mô (kích thước lớn hơn cỡ milimét) là các định luật Newton và nguyên lý Galileo, theo cơ học cổ điển, hay các tiên đề của thuyết tương đối.Cơ sở của động lực học trong thế giới vi...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu: Động lực học -135- PhÇn 3 §éng lùc häc Ch−¬ng 11 C¸c ®Þnh luËt cña niu-t¬n vµ ph−¬ng tr×nh vi ph©n chuyÓn ®éng11.1. C¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n §éng lùc lµ phÇn tæng qu¸t cña c¬ häc. §éng lùc häc nghiªn cøu chuyÓn®éng cña vËt thÓ d−íi t¸c dông cña lùc. §éng lùc häc thiÕt lËp c¸c ®Þnh luËt liªnhÖ gi÷a lùc t¸c dông víi nh÷ng ®Æc tr−ng ®éng häc vµ ¸p dông c¸c ®Þnh luËt ®ãcã thÓ gi¶i c¸c bµi to¸n kü thuËt. VËt thÓ trong ®éng lùc häc ®−îc xÐt d−íi d¹ng m« h×nh : chÊt ®iÓm, c¬ hÖ,vËt r¾n. ChÊt ®iÓm lµ mét ®iÓm h×nh häc cã mang khèi l−îng. ChÊt ®iÓm lµ m«h×nh ®¬n gi¶n nhÊt vµ c¬ b¶n nhÊt cña vËt thÓ trong ®éng lùc häc. C¬ hÖ lµ tËp hîp nhiÒu chÊt ®iÓm chuyÓn ®éng phô thuéc lÉn nhau. VËt r¾n lµ c¬ hÖ ®Æc biÖt khi kho¶ng c¸ch gi÷a hai chÊt ®iÓm bÊt kú trong®ã lu«n lu«n kh«ng ®æi. Kh¸c víi tÜnh häc, lùc trong ®éng lùc häc cã thÓ lµ kh«ng ®æi, cã thÓ biÕn®æi c¶ vÒ ®é lín vµ ph−¬ng chiÒu. Lùc phô thuéc vµo thêi gian nh− lùc kÐo ®Çu m¸y, phô thuéc vµo vÞ trÝ cñavËt nh− lùc hÊp dÉn, lùc ®µn håi cña lß xo, phô thuéc vµo vËn tèc nh− lùc c¶n cñakh«ng khÝ. Mét c¸ch tæng qu¸t trong ®éng lùc häc lùc lµ mét hµm cña thêi gian, r r rrvÞ trÝ vµ vËn tèc. Ta cã : F = F(t, r , v ) . Trong ®éng lùc häc c¸c lùc ®−îc ph©n chia thµnh néi lùc, ngoµi lùc hay rrho¹t lùc vµ ph¶n lùc liªn kÕt. Néi lùc ký hiÖu lµ Fi . Fi lµ lùc t¸c ®éng t−¬ng hç -136-gi÷a c¸c chÊt ®iÓm trong mét c¬ hÖ. r Ngo¹i lùc ký hiÖu Fe lµ c¸c lùc do chÊt ®iÓm hay vËt thÓ ngoµi hÖ t¸c dông rvµo hÖ. Ph¶n lùc liªn kÕt ký hiÖu N lµ lùc t¸c dông do c¸c vËt g©y liªn kÕt lªn c¬hÖ kh¶o s¸t. Ho¹t lùc lµ c¸c lùc t¸c dông lªn c¬ hÖ kh«ng kÓ ph¶n lùc liªn kÕt, rth−êng ký hiÖu lµ Fa §Ó kh¶o s¸t chuyÓn ®éng cña vËt bao giê còng chän tr−íc mét hÖ quychiÕu. HÖ quy chiÕu kh«ng phô thuéc vµo thêi gian gäi lµ hÖ quy chiÕu qu¸ntÝnh, ng−îc l¹i hÖ quy chiÕu phô thuéc vµo thêi gian gäi lµ hÖ quy chiÕu kh«ngqu¸n tÝnh .11.2. C¸c ®Þnh luËt cña Niu -T¬n C¬ së lý luËn cña ®éng lùc häc chñ yÕu lµ c¸c ®Þnh luËt cña NIU - TON. I-s¸c Niu T¬n (1643-1727) lµ nhµ b¸c häc lçi l¹c ®· ®Æt nÒn mãng cho c¬häc cæ ®iÓn vµ ®· x©y dùng lý thuyÕt c¬ häc hoµn thiÖn c©n ®èi. V× thÕ c¬ häc cæ®iÓn cßn gäi lµ c¬ häc Niu - T¬n. Sau ®©y giíi thiÖu c¸c ®Þnh luËt cña Niu - T¬n vµ xem nh− lµ hÖ tiÒn ®Òcña c¬ häc. §Þnh luËt 1(§Þnh luËt qu¸n tÝnh) ChÊt ®iÓm kh«ng chÞu t¸c dông cña lùc nµo sÏ ®øng yªn hoÆc chuyÓn®éng th¼ng ®Òu. Tr¹ng th¸i ®øng yªn hoÆc chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu lµ tr¹ng th¸i chuyÓn®éng theo qu¸n tÝnh. Khi chuyÓn ®éng theo qu¸n tÝnh chÊt ®iÓm sÏ cã :r rv = const vµ w = 0 . §Þnh luËt 2 (®Þnh luËt c¬ b¶n cña ®éng lùc häc ) D−íi t¸c dông cña lùc chÊt ®iÓm sÏ chuyÓn ®éng víi gia tèc cïng ph−¬ngchiÒu víi lùc (h×nh 9-1) v r r F = m.W M F W H×nh 11.1 -137- m lµ hÖ sè tû lÖ, phô thuéc vµo l−îng vËt chÊt cã trong chÊt ®iÓm. Theo ®Þnh luËt nµy lùc lµ nguyªn nh©n lµm cho chÊt ®iÓm chuyÓn ®éng cãgia tèc. r r BiÓu thøc (11-1) cho thÊy : NÕu lùc F kh«ng ®æi m cµng lín W cµng nhávµ ng−îc l¹i, ®iÒu ®ã chøng tá kkèi l−îng m lµ sè do qu¸n tÝnh cña vËt (tÝnh úcña vËt) Tõ hÖ thøc (11-1) nÕu lùc lµ träng l−îng cña vËt sÏ cã :P = mg. ë ®©y g®−îc gäi lµ gia tèc träng tr−êng. HÖ thøc (11-1) gäi lµ ph−¬ng tr×nh c¬ b¶n cña ®éng lùc häc. §Þnh luËt 3 (®Þnh luËt vÒ tÝnh ®éc lËp t¸c dông cña lùc) D−íi t¸c dông ®ång thêi cña mét hÖ lùc chÊt ®iÓm sÏ chuyÓn ®éng víi giatèc b»ng tæng h×nh häc c¸c gia tèc mµ chÊt ®iÓm thu ®−îc khi nã chÞu t¸c dông®éc lËp tõng lùc mét . rr r r w = w 1 + w 2 + ..... + w n . (11-2) r w lµ gia tèc cña chÊt ®iÓm khi hÖ lùc cïng t¸c dông ®ång thêi ;rrrw 1 , w 2 , w n lµ gia tèc cña chÊt ®iÓm khi nã chÞu t¸c dông tõng lùc:rr rF1 , F2 ,....Fn ®éc lËp . Tõ hÖ (11-2) nÕu nh©n hai vÕ víi khèi l−îng m sÏ ®−îc : r r r r mw = mw 1 + mw 2 + ..... + mw n Theo ®Þnh luËt hai th× : rrr r nr D ...