Báo cáo bài tập lớn vật lý 1 đề tài bt9 vẽ quỹ đạo của vật khi có 1 phương trình chuyển động

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÝ 1 ĐỀ TÀI BT9 VẼ QUỸ ĐẠO CỦA VẬT KHI CÓ 1 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG LỚP L04, NHÓM 5 1 Nguyễn Quang Linh 2 Nguyễn Hoàng Long 3 Võ Anh Kiệt 4 Lu Anh Kiệt 5 Nguyễn Mạnh Huy Hoàng[.]

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN VẬT LÝ 1

ĐỀ TÀI:

BT9: VẼ QUỸ ĐẠO CỦA VẬT KHI CÓ

LỚP L04, NHÓM 5:

GVHD :Dương Thị Như Tranh

TÓM TẮT

Người ta thường nói so với vũ trụ con người nhỏ bé như những hạt cát, trong thế giới vật lý và toán học những vật nhỏ bé như vậy sẽ được xem như là những chất điểm, quá trình chuyển động của con người so với vật thể to lớn kia được xem như là quá trình chuyển động của chất điểm Để tìm hiểu và khảo sát quá trình chuyển động của chất điểm là sự kết hợp hài hòa giữa kiến thức thực tiễn và lý thuyết về vật lý học , toán học và một phần nào đó thiên về tin học Bài báo cáo là quá trình kết hợp giữ kiến thức nền tảng và quá trình thực hành về lý thuyết lẫn bài tập , cụ thể là về kiến thức về chuyển động của chất điểm trong không gian Kiến thức xoay quanh việc xác định chính xác vận tốc , gia tốc và bán kính quỹ đạo của chất điểm Khảo sát việc chuyển động của chất điểm thông qua hình ảnh được dựng nên từ phần mềm tin học matlab Bên cạnh đó bài báo là sự hoàn thiện kiến thức của mỗi thành viên trong nhóm đồng thời đây là quá trình học tập và rèn luyện các kỹ năng chuyên môn của mỗi cá nhân Bài tập này là quá trình thực nghiệm và chứng minh cho những kiến thức

đã được học tập

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập trên trường,cảm ơn Thầy (Cô) đã nhiệt tình giúp đỡ để chúng em có thể nắm được những kiến thức nền tảng của môn học Vật Lý 1 Đại Cương,

em xin cảm ơn cô đã hết mình hướng dẫn chúng em Theo đó, em xin cảm ơn nhà trường

đã tạo điều kiện tốt nhất để em có thể học môn học này một cách dễ dàng và đầy đủ

Trong suốt quá trình thực hiện cáo cáo, nhóm chúng em đã nhận được rất nhiều

sự quan tâm và ủng hộ, giúp đỡ tận tình của thầy cô, anh chị em và bè bạn

Ngoài ra, nhóm cũng xin gửi lời tri ân chân thành nhất đến cô Dương Thị Như Tranh, là giảng viên hướng dẫn cho đề tài matlab này Nhờ có cô hết lòng chỉ bảo mà nhóm đã hoàn thành tiểu luận đúng tiến độ và giải quyết tốt những vướng mắc gặp phải

Sự hướng dẫn của cô đã là kim chỉ nam cho mọi hành động của nhóm và phát huy tối

đa được mối quan hệ hỗ trợ giữa thầy và trò trong môi trường giáo dục

Lời cuối, xin một lần nữa gửi lời biết ơn sâu sắc đến các cá nhân, các thầy cô đã dành thời gian chỉ dẫn cho nhóm Đây chính là niềm tin, nguồn động lực to lớn để nhóm

có thể đạt được kết quả này

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH iv

CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Yêu cầu 1

1.2 Điều kiện 1

1.3 Nhiệm 1

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG KẾT 2

2.1 Đề bài 2

2.1.1 Yêu cầu đề bài 2

2.1.2 Input 2

2.1.3 Output 2

2.2 Cơ sở lý thuyết 3

2.2.1 Vector vận tốc 3

2.2.2 Vector gia tốc 3.4,5 2.3 Bài làm Matlab 6

2.3.1 Giới thiệu chung về Matlat 6,7,8,9 2.3.2 Đoạn code cho câu a 10

2.3.3 Đoạn code cho câu b,c,d 11

2.3.4 Đáp án sau khi chạy code 12,13 2.4 Tổng kết 14

TÀI LIỆU THAM KHẢO 15

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

1 Hình minh họa cho lệnh plot:

2 Quỹ đạo của vật

3 quỹ đạo tròn của một electron trong một mặt phẳng vuông góc với từ trường đều B

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1: Yêu cầu

Sử dụng Matlab để giải bài toán sau:

“Chất điểm chuyển động với phương trình:

a Vẽ quỹ đạo của vật trong khoảng thời gian từ t=0 đến t=5s

b Xác định độ lớn vận tốc của chất điểm lúc t=1s

c Xác định độ lớn gia tốc của chất điểm lúc t = 1 s

d Xác định bán kính cong của quỹ đạo lúc t = 1 s

1.2: Điều kiện

1) Sinh viên cần có kiến thức về lập trình cơ bản trong MATLAB

2) Tìm hiểu các lệnh Matlab liên quan symbolic và đồ họa

1.3: Nhiệm vụ

Xây dựng chương trình Matlab:

1) Nhập các giá trị ban dầu (những đại lượng đề cho)

2) Thiết lập các phương trình tương ứng Sử dụng các lệnh symbolic để giải hệ phương trình

3) Vẽ hình

Chú ý: Sinh viên có thể dùng các cách tiếp cận khác.

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG KẾT

2.1 Đề bài

2.1.1 Yêu cầu đề bài

Sử dụng Matlab để giải bài toán sau:

“Chất điểm chuyển động với phương trình:

a Vẽ quỹ đạo của vật trong khoảng thời gian từ t=0 đến t=5s

b Xác định độ lớn vận tốc của chất điểm lúc t=1s

c Xác định độ lớn gia tốc của chất điểm lúc t = 1 s

d Xác định bán kính cong của quỹ đạo lúc t = 1 s

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.1 VECTƠ VẬN TỐC

Tại thời điểm 𝑡1 chất điểm có vecto vị trí

Tại thời điểm 𝑡2 chất điểm có vecto vị trí

• Độ dịch chuyển ∆𝒓 của chất điểm trong thời gian 𝛥𝑡 = 𝑡2 − 𝑡1 ∶

𝛥𝑟⃗ = 𝑟⃗⃗⃗⃗ − 𝑟2 ⃗⃗⃗⃗ 1 hướng từ vị trí đầu tới vị trí cuối

• Quãng đường chất điểm đi được trong khoảng thời gian 𝛥𝑡 = 𝑡2 – 𝑡1 là ΔS

𝒅𝒕  ⃗⃗⃗ : là vecto gia tốc tiếp tuyến, đăc trưng cho sự thay đổi về độ lớn của

𝑣⃗, tiếp tuyến với quỹ đạo

𝒂𝒏 = 𝒗

𝟐

𝑹 n ⃗⃗⃗⃗ : là vecto gia tốc pháp tuyến, đặc trưng cho cho sự thay đổi về

phương , trùng phương pháp tuyến và hướng về phía lõm của quỹ đạo R là bán kính cong của quỹ đạo

Chọn hệ tọa độ Oxy với trục Ox có chiều dương hướng từ trái sang phải, trục Oy có chiều dương hướng lên trên

Ta có phương trình chuyển động của vật:

a) Thể hiện hình ảnh quỹ đạo của vật trên matlab bằng lệnh plot b) Độ lớn vận tốc : v= √(𝑣𝑥)2 + (𝑣 𝑦)2

c) Độ lớn gia tốc : a= √(𝑎𝑥)2 + (𝑎𝑦)2

d) Gia tốc tiếp tuyến : at= 𝑑𝑣

𝑑𝑡

Gia tốc pháp tuyến : an= √𝑎2− (𝑎𝑡)2

Bán kính cong quỹ đạo : R= 𝑣

2

𝑎𝑛

2.3 BÀI LÀM MATLAB

2.3.1 Giới thiệu chung về matlab:

MATLAB (Matrix Laboratory) là một phần mềm khoa học được thiết kế để cung cấp việc tính toán số và hiển thị đồ họa bằng ngôn ngữ lập trình cấp cao MATLAB cung cấp các tính năng tương tác tuyệt vời cho phép người sử dụng thao tác dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để tính toán và quan sát Các dữ liệu vào của MATLAB có thể được nhập từ "Command line" hoặc từ "mfiles", trong đó tập lệnh được cho trước bởi MATLAB

MATLAB cung cấp cho người dùng các toolbox tiêu chuẩn tùy chọn Người dùng cũng có thể tạo ra các hộp công cụ riêng của mình gồm các "mfiles" được viết cho các ứng dụng cụ thể

x,y: vẽ giá trị x theo giá trị y

linetype: kiểu phần tử tạo nên nét vẽ bao gồm 3 thành phần:

- Đường gạch chấm Đường nét đứt đoạn

- Thành phần thứ ba là các ký tự chỉ loại điểm đánh dấu gồm:., o, x, +, *

B Lệnh DISP

a) Công dụng: Trình bày nội dung của biến (x) ra màn hình

b) Cú pháp: disp (x) hoặc disp (“x”)

c) Giải thích:

x: là tên của ma trận hay là tên của biến chứa chuỗi ký tự, nếu trình bày trực tiếp chuỗi

ký tự thì chuỗi ký tự được đặt trong dấu ‘’

2.3.2) Đoạn code cho câu a :

a.Vẽ quỹ đạo của vật trong khoảng thời gian từ t=0 đến t=5s -

2.3.3) Đoạn code cho câu b, c, d:

b Xác định độ lớn vận tốc của chất điểm lúc t=1s

c Xác định độ lớn gia tốc của chất điểm lúc t = 1 s

d Xác định bán kính cong của quỹ đạo lúc t = 1 s

fprintf('Gia toc tiep tuyen theo t: at= %s (m/s^2) \n', at)

fprintf('Gia toc tiep tuyen tai t=1: at= %s (m/s^2) \n', subs(at,t,1));

fprintf('Gia toc toan phan theo t: a= %s (m/s^2) \n', a)

fprintf('Gia toc chat diem tai t=1: a= %s (m/s^2) \n', subs(a,t,1));

an= sqrt(a^2 - at^2);

fprintf ('Gia toc phap tuyen theo t: an= %s (m/s^2) \n', an)

fprintf('Gia toc phap tuyen tai t=1: an= %s (m/s^2) \n', subs(an,t,1));

r= v^2/an;

disp('Ban kinh cong quy dao: R=v^2/an (m)'); fprintf('R= %s (m) \n', r)

subs (r,t,1);

fprintf ('Ban kinh cong quy dao tai t=1 la: R= %s (m) \n', an)

2.3.4) Đáp án sau khi chạy code trên Matlab :

Câu d:

Kết luận :

Ta có bán kính cong của quỹ đạo lúc t = 1 là R = 17√17

2.4 Tổng kết:

2.4.1 Kết quả thu được từ bài báo cáo:

+ Sử dụng thành công phần mềm matlab

+ Vẽ được đồ thị theo đúng yêu cầu đề bài

+ Xác định được vận tốc của bài toàn

+ Xác định được gia tốc theo đề bài

+ Tính được bán kính cong của quỹ đạo

+ Xác định rõ mục tiêu và yêu cầu đề bài

+ Hoàn thành các yêu cầu về nộp kết quả bằng word + pdf

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

[1] A L Garcia and C Penland, MATLAB Projects for Scientists and Engineers,

Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, 1996

[2] Giáo trình vật lí đại cương A1 – ĐHQG TPHCM

[3] Phạm Thị Ngọc Yến, Lê Hữu Tình, “Cơ sở Matlab và ứng dụng”, NXB Khoa học

& Kỹ thuật