Vật lý đại cương A1

Chuyển động và hệ quy chiếu. Chuyển động của một vật là sự chuyển dời vị trí của vật đó đối với các vật khác trong không gian, theo thời gian.Để nhận biết vật có chuyển động hay không, ta phải so sánh vị trí của nóvới một vật bất kỳ được coi là đứng yên và được chọn làm chuẩn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật lý đại cương A1 Nguyễn Phước LânVẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG A1 (Bài giảng tại Đại học Sư phạm kỹ thuật) LƯU HÀNH NỘI BỘ Tp. HCM – 2011 -2- Phần 1. C Ơ HỌC Cơ học là một phần của vật lý học, nghiên cứu dạng chuyển động cơ họccủa vật chất. Chương 1. Động học chất điểm Động học là một phần của cơ học, nghiên cứu những đặc trưng củachuyển động và những dạng chuyển động khác nhau của vật thể vĩ mô.1.1. Những khái niệm mở đầu1.1.1. Chuyển động và hệ quy chiếu Chuyển động của một vật là sự chuyển dời vị trí của vật đó đối với cácvật khác trong không gian, theo thời gian. Để nhận biết vật có chuyển động hay không, ta phải so sánh vị trí của nóvới một vật bất kỳ được coi là đứng yên và được chọn làm chuẩn. Vật đượcchọn này gọi là vật quy chiếu. Để xác định vị trí của vật trong không gianngười ta gắn với vật quy chiếu này một hệ tọa độ và để xác định được thờigian trôi qua, người ta gắn với vật quy chiếu một đồng hồ đo thời gian. Tập hợp hệ tọa độ và đồng hồ gắn với vật quy chiếu được gọi là hệ quychiếu. Chuyển động có tính tương đối. Một vật đứng yên hay chuyển độnghoàn toàn phụ thuộc vào hệ quy chiếu mà ta đã chọn.1.1.2. Chất điểm và hệ chất điểm Chất điểm là một vật có kích thước nhỏ không đáng kể so với nhữngkhoảng cách, kích thước mà ta đang khảo sát. Khi xem xét như vậy, ta coitoàn bộ khối lượng của vật tập trung vào một điểm. Việc coi một vật có phảilà chất điểm hay không, phụ thuộc vào điều kiện bài toán mà ta đang xem xét. Một tập hợp chất điểm được gọi là một hệ chất điểm.1.1.3. Bán kính véctơ Chọn một hệ quy chiếu và ký hiệu gốccủa hệ tọa độ trong hệ quy chiếu đó là 0. zXét chuyển động của một vật (chất điểm)trong hệ quy chiếu đó. Tại một thời điểm Mnào đó, chất điểm đang ở tại một vị trí,được ký hiệu là M. Vị trí M của chất điểmcó thể được biểu diễn một cách đơn trị bởi rmột véctơ, được kẻ từ gốc tọa độ 0 đến 0 yđiểm M. Véctơ này được gọi là bán kínhvéctơ và ký hiệu là r. Rõ ràng, hai điểmphân biệt không thể có cùng một bán kính xvéctơ và m ột bán kính véctơ r kẻ từ 0không thể chỉ đến hai điểm khác nhau. -3- Có thể biểu diễn bán kính véctơ này trong một hệ tọa độ thông dụng nhấtlà hệ tọa độ Đềcác. Hệ tọa độ này có gốc tọa độ tại điểm 0 và gồm có 3 trục0x, 0y, 0z vuông góc với nhau từng đôi một, hợp thành một tam diện thuận.Hệ tọa độ Đềcác này được ký hiệu là 0xyz. Trong hệ tọa độ, vị trí của chất điểm M tại thời điểm nào đó được đặctrưng b ởi 3 tọa độ x, y, z của điểm M (là hình chiếu của đoạn thẳng 0M lên 3trục 0x, 0y, 0z). Ký hiệu i, j, k là những véctơ đơn vị hướng theo các trục 0x, 0y, 0z tươngứng, ta có thể biểu diễn r=xi+yj+zk1.1.4. Phương trình chuyển động của chất điểm Khi chất điểm chuyển động, tọa độ của nó thay đổi theo thời gian. Nhưvậy, trong trường hợp tổng quát, chuyển động của chất điểm được xác địnhbởi 3 phương trình x = x (t), y = y(t), z = z(t) Các phương trình trên được gọi là phương trình động học chuyểnđộng của chất điểm. Khi chất điểm chuyển động, bán kính véctơ của nó thay đổi, là một hàmvéctơ của thời gian r = r (t) Phương trình véctơ này tương đương với các phương trình động họcchuyển động của chất điểm nêu ở trên.1.1.5. Quỹ đạo chuyển động của chất điểm Quỹ đạo chuyển động của một chất điểm là một đường tạo bởi tập hợptất cả các vị trí của chất điểm đó trong không gian trong suốt quá trìnhchuyển động. Quỹ đạo của chuyển động có thể thu được từ các phương trình chuyểnđộng x = x (t), y = y(t), z = z(t) Ví dụ, đối với chuyển động hai chiều x = x(t), y = y(t) Từ phương trình thứ nhất, ta có thể biểu diễn t = x -1 Thay vào phương trình thứ hai, ta đ ược y = y(t) = y(x) Phương trình, biểu diễn mối liên hệ giữa các tọa độ x và y của quỹ đạo chấtđiểm, được gọi là phương trình quỹ đạo. Tuỳ thuộc vào dạng của quỹ đạo mà chuyển động được gọi là chuyển độngthẳng hay là chuyển động cong.1.1.6. Hoành độ cong và độ dài quãng đường Xét chuyển động của một chất điểm dọc theo một quỹ đạo bất kỳ. Chọnmột điểm A nào đó cố định trên quỹ đạo làm gốc, chọn một chiều nào đó củaquỹ đạo làm chiều dương và chọn thời điểm ban đầu (t = 0) là thời điểm khichất điểm ở vị trí A. Khi đó, tại mỗi thời điểm t, vị trí M củ a chất điểm sẽđược xác định bởi cung AM, ký hiệu là s. Ta gọi s là hoành độ cong của M. -4- Khi M chuyển động s là hàm của thời gian s = s (t) Nếu chiều dương được chọn là chiều AM, thì s khi đó có giá trị d ương vàđoạn quỹ đạo AM được gọi là độ dài quãng đường. Độ dài của đoạn quỹ đạo AM, mà Achất điểm đi được trong khoảng thờigian t, được gọi là độ dài quãng Mđường. Độ d ài quãng đường là một đạilượng dương, ký hiệu là S, và là một hàmvô hướng của thời gian S = S(t). Trong hệ SI, độ d ài được đo bằng đơnvị mét (m).1.2. Véctơ vận tốc và véctơ gia tốc1.2.1. Véctơ vận tốc Vận tốc là đại lượng đặc trưng cho mức độ nhanh chậm của chuyểnđộng chất điểm. za/ Véctơ vận tốc trung bình Xét một chất điểm đang chuyển r0động trong một hệ quy chiếu nào đó. ...