Sử dụng tiếng anh cho vật lí trong phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2KHOA VẬT LÝ --- NGUYỄN THÙY LINH SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM Chuyên ngành: Vật lý đại cương KHÓA LUẬN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ -

NGUYỄN THÙY LINH

SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

Chuyên ngành: Vật lý đại cương

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

HÀ NỘI, 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA VẬT LÝ -

NGUYỄN THÙY LINH

SỬ DỤNG TIẾNG ANH CHO VẬT LÝ

TRONG PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN

ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM

Chuyên ngành: Vật lý đại cương

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Người hướng dẫn khoa học

GV ThS HOÀNG VĂN QUYẾT

HÀ NỘI, 2018

LỜI CẢM ƠN

Trước khi trình bày nội dung chính của luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết

ơn sâu sắc tới GV.ThS Hoàng Văn Quyết người đã định hướng chọn đề tài vàtận tình hướng dẫn để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới phòng Sau đại học, cácthầy cô giáo giảng dạy chuyên ngành Vật lý đại cương trường Đại học sưphạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Cuối cùng, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn

bè đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện về mọi mặt trong quá trình học tập

để tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, tháng 05 năm 2018

Sinh viên

Nguyễn Thùy Linh

LỜI CAM ĐOAN

Dưới sự hướng dẫn của ThS Hoàng Văn Quyết khóa luận tốt nghiệpđại học chuyên ngành Vật lí đại cương với đề tài “Sử dụng tiếng anh cho vật

lí trong phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm” được hoàn thành bởichính sự nhận thức của bản thân, không trùng với bất cứ khóa luận nào khác

Trong khi nghiên cứu khóa luận, tôi đã kế thừa những thành tựu của cácnhà khoa học với sự trân trọng và biết ơn

Hà Nội, tháng 05 năm 2018

Sinh viên

Nguyễn Thùy Linh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu đề tài 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

6 Đóng góp của đề tài 2

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

1.1 Ba định luật Newton’s 3

1.1.1 Định luật Newton’s thứ nhất 3

1.1.2 Định luật Newton thứ hai 4

1.1.3 Định luật Newton’s thứ ba 5

1.2 Các loại lực cơ 6

1.2.1 Lực hấp dẫn 6

1.2.2 Lực đàn hồi 7

1.2.3 Lực ma sát 8

CHƯƠNG 2 PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC 11

CHẤT ĐIỂM 11

2.1 Exercise balance force 11

2.2 Exercise of friction force 17

2.3 Gravitational force 22

2.4 Elastic force 24

2.5 Pulley 29

2.6.Moment of inertia 34

KẾT LUẬN 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

1 Lý do chọn đề tài

MỞ ĐẦU

Tiếng Anh được hơn 400 triệu người trên toàn thế giới dùng làm tiếng

mẹ đẻ,hơn 1 tỉ người dùng Tiếng Anh là ngôn ngữ thứ hai(theoWikipedia), những quốc gia phát triển có thu nhập đầu người cao nhấttrên thế giới đều sử dụng thành thạo Tiếng Anh, hoặc được sử dụng phổbiến, được dạy là một môn học trong trường…

Đối với Việt Nam, một nước đang đứng trước thời đại phát triển, mởrộng ra với cánh cổng toàn cầu hóa, chúng ta đã thấy tầm quan trọngtrong việc học Tiếng Anh Với các bạn học sinh, những thế hệ tương laicủa đất nước, việc học Tiếng Anh lại càng trở nên cần thiết hơn bao giờhết Tiếng Anh và mức độ quan trọng đối với cuộc sống của học sinhViệt Nam Trên thực tế giảng dạy ở trường phổ thông, ta thấy rằng việclồng ghép Tiếng Anh vào các môn khách nói chung và Vật Lý nói riêng

là điều cần thiết Không những bổ sung kiến thức chuyên môn mà cònnâng cao khả năng ngoại ngữ, hướng đến đọc được sách và tài liệu nướcngoài, tăng khả năng giao tiếp bằng Tiếng Anh cho học sinh

Xuất phát từ những nhu cầu thực tế đó của xã hội , tôi quyết định chọn “

Sử dụng Tiếng Anh cho Vật lý trong phân dạng bài tập phần Động lựchọc chất điểm” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp của mình

2 Mục đích nghiên cứu đề tài

Phân dạng bài tập phần động lực học chất điểm bằng Tiếng Anh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Các kiến thức phần Động lực học chất điểm và Tiếng Anh cho chuyên ngành Vật lý

- Phạm vi: Xét trong Vật lý cổ điển

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xây dựng hệ thống từ vựng phần Động lực học chất điểm

- Trình bày logic, khoa học lý thuyết phần động lực học chất điểm

- Phân dạng các bài toán bằng Tiếng Anh

5 Phương pháp nghiên cứu

- Đọc, tra cứu và tổng hợp tài liệu

6 Đóng góp của đề tài

- Làm tài liệu tham khảo cho học sinh phổ thông và sinh viên

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Ba định luật Newton’s

1.1.1 Định luật Newton’s thứ nhất.

Ba định luật Newton và định luật vạn vật hấp dẫn là cơ sở của cơ học cổđiển Về thực chất ba định luật Newton là những tiêu đề, là nhữngkhẳng định tổng quát nhất không thể chứng minh được, không thể suy

ra từ những khẳng định khác Khi thừa nhận những tiêu đề này người ta

đã xây dựng được cơ sở học cổ điển, với những định luật áp dụng đúngkhông những trên Trái Đất mà cả trong miền vũ trụ lân cận Trái Đấtnữa

Định luật Newton thứ nhất được phát biểu như sau:

Nếu không có lực ngoài tác dụng vào vật thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.

Theo định luật Newton thứ nhất, đứng yên và chuyển động thẳng đều làcùng một trạng thái cơ học như sau: trạng thái chuyển động với vận tốckhông đổi Đứng yên là chuyển động với vận tốc không đổi bằngkhông Cả hai trạng thái đã nêu đều có đặc điểm là gia tốc của vật bằngkhông Do đó có thể diễn tả định luật thứ nhất dưới dạng sau đây:

Vận tốc của một vật bất kì vẫn còn không đổi (trong trường hợp riêng, bằng không) cho đến lúc sự tác động từ các phía các vật khác lên vật này gây ra sự biến đổi vận tốc đó.

Định luật Newton thứ nhất chưa bao giờ được nghiệm đúng hoàn toàn,

vì trong thực tế không thể nào tạo ra được trạng thái một vật hoàn toànkhông chịu tác dụng của một lực nào

Chuyển động với vận tốc giữ nguyên không đổi gọi là chuyển độngtheo quán tính(hay chuyển động quán tính) Do vậy, định luật Newtonthứ nhất còn được gọi là định luật quán tính

Quán tính là tính chất của các vật giữ nguyên trong trạng thái chuyển động của mình khi không có lực ngoài tác dụng lên chúng, hoặc khi các lực ngoài tác dụng lên chúng cân bằng lẫn nhau.

1.1.2 Định luật Newton thứ hai.

Theo định luật Newton thứ nhất, một vật không chịu tác dụng của lựcngoài sẽ giữ nguyên chuyển động quán tính của nó Vậy khi vật chịu tácdụng của lực ngoài thì chuyển động của vật sẽ biến đổi như thế nào?Định luật thứ hai của Newton sẽ trả lời câu hỏi đó

Nội dung định luật Newton thứ hai được phát biểu như sau:

Gia tốc mà một vật thu được dưới tác dụng của một lực tỉ lệ thuận với lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật Phương và chiều của gia tốc trùng với phương và chiều của lực tác dụng.

a (1.1) m

1.1.3 Định luật Newton’s thứ ba.

Chúng ta biết rằng tác dụng giữa các vật với nhau bao giờ cũng là tươngtác Định luật Newton thứ ba xét đến tương tác giữa các vật với nhau

Nó được phát biểu như sau:

Tác dụng bao giờ cũng bằng và ngược chiều với phản tác dụng.

Nói cách khác: lực mà các vật có tương tác, tác dụng lẫn nhau bằng nhau về độ lớn và ngược chiều nhau.

Nếu gọi: F12 là lực đo vật thứ nhất tác dụng lên vật thứ hai

F21 là lực do vật thứ hai tác dụng lên vật thứ nhất

Theo định luật Newton’s thứ ba ta có:

Từ định luật Newton thứ ba t thấy các lực bao giờ cũng xuất hiện theotừng cặp: lực và phân lực Việc gọi lực nào là lực, lực nào là phân lựchoàn toàn do qui ước Lực và phân lực là những lực trực đối và có độlớn bằng nhau Tuy vậy, chúng không có hợp lực và không cân bằngnhau được vì chúng có điểm đặt trên hai vật khác nhau

1.2 Các loại lực cơ

1.2.1 Lực hấp dẫn

Trong cơ h ọ c cổ đi ể n , lực hấp dẫn xuất hiện như một ngoại lực tác độnglên vật thể Trong t hu y ết t ư ơ n g đ ố i r ộn g , lực hấp dẫn là bản chấtcủa k hô n g t h ờ i gi a n bị uốn cong bởi sự hiện diện của khối lượng, vàkhông phải là một ngoại lực Trong t h u y ết h ấp d ẫ n l ượ n g t ử , hạt g r a v i t o n đ ược cho là hạt mang lực hấp dẫn

Định luật vạn vật hấp dẫn: vật có k h ố i lư ợ n g m sẽ bị kéo về gần vật

r là khoảng cách giữa hai vật

G là hằng số vạn vật hấp dẫn; G = 6.67 x 10−11 N.m²/kg²Lực hấp dẫn là l ự c h út giữa mọi v ậ t c h ấ t v à có độ lớn tỷ lệ thuận vớikhố

i l ư ợ n g c ủa chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cáchcủa hai vật

1.2.2 Lực đàn hồi

Xét một lò xo có độ dài l0 ở trạng thái không biến dạng và đặt ở đầu lò

xo những lực F1 và F2 bằng nhau về độ lớn và ngược chiều nhau (hình1.2.1) Dưới tác dụng của các lực này, lò xo bị kéo căng ra một lượng

l nào đó, trong lò xo xuất hiện lực biến dạng đàn hồi F el chống lại tác

dụng của các ngoại lực F1 và F2 Khi trạng thái cân bằng được thiết lập

các ngoại lực F1 và F2sẽ được cân bằng bởi các lực đàn hồi sinh ratrong lò xo biến dạng ( F el F1 F2 ) Thực nghiệm cho thấy, khi độ biếndạng của lò xo không lớn (nhỏ hơn giới hạn đàn hồi), độ biến dạng của

lò xo l tỷ lệ thuận với độ lớn của ngoại lực tác dụng Một cách tương

ứng, lực đàn hồi tỷ lệ với độ biến dạng của lò xo:

Trong đó, k được gọi là hệ số cứng (hay độ cứng) của lò xo, nó phụthuộc hình dạng, kích thước, và bản chất vật liệu làm lò xo Do vậy, kthường được xác định bằng thực nghiệm

Khi lò xo bị dẫn, một phần bất kì của lò xo tác dụng lên một phần khácmột lực xác định bởi công thức (1.6) Do đó nếu cắt lò xo làm đôi thì

sẽ xuất hiện một lực đàn hồi có cùng độ lớn trong mỗi nửa với độ biếndạng

nhỏ hơn hai lần Từ đó ta thấy rằng với mỗi lò xo xác định (được chế tạo

từ vật liệu xác định, có kích thước đã cho của vòng xoán), độ lớn của lựcđàn hồi được xác định không phải bằng độ đàn hồi tuyệt đối l của lò

xo mà bằng độ dãn tỷ đối l l0

Khi nén lò xo, cũng xuất hiện các lực căng đàn hồi nhưng có chiềungược lại Ta hãy tổng quát hóa công thức (1.6) bằng cách sau: Cốđịnh một đầu lò xo, chọn trục tọa độ Ox dọc theo trục lò xo và có góctọa độ tại vị

trí đầu tự do của lò xo khi không biến dạng (hình 1.2.2) Khi đó, độ dãncủa lò xo trùng với trị tuyệt đối tọa độ x đầu tự do của lò xo Ngoài ra ta

hiểu F el là hình chiếu của lực đàn hồi trên trục x Khi đó có thể viết:

1.2.3 Lực ma sát

Lực ma sát xuất hiện khi có xu hướng dịch chuyển hoặc dịch chuyểngiữa các vật tiếp xúc với nhau cũng như giữa các phần của chúng đốivới nhau Lực ma sát sinh ra trong sự dịch chuyển tương đối giữa haivật tiếp xúc với nhau được gọi là lực ma sát ngoài; lực ma sát giwuaxcác phần của cùng một vật liện tục (chẳng hạn, của chất lỏng hoặc củachất khí) được gọi là lực ma sát trong hay lực nội ma sát

1.2.3.1 Lực ma sát nghỉ

Ma sát nghỉ (hay còn được gọi là ma sát tĩnh) là lực xuất hiện giữa hai vật tiếp xúc mà vật này có xu hướng chuyển động so với vật còn lại nhưng vị trí tương đối của chúng chưa thay đổi Ví dụ như, lực ma sát nghỉ ngăn cản một vật định trượt (chuẩn bị trượt nhưng vị trí tương đốivẫn chưa thay đổi nhiều - thay đổi ít) trên bề mặt nghiêng Hệ số của

ma sát nghỉ, thường được ký hiệu là , thường lớn hơn so với hệ sốcủa ma sát động Lực ban đầu làm cho vật chuyển động thường bị cảntrở bởi ma sát nghỉ

Một ví dụ quan trọng khác về lực ma sát nghỉ là: lực ma sát nghỉ ngăn cản khiến cho bánh xe khi mới khởi động lăn không được nhanh như khi nó đang chạy Mặc dù vậy khi bánh xe đang chuyển động, bánh xevẫn chịu tác dụng của lực ma sát động Cho nên lực ma sát nghỉ lớn hơn lực ma sát động

Lực ma sát nghỉ giúp cho vật không bị tác dụng bởi lực khác

Giá trị lớn nhất của lực ma sát nghỉ, khi vật bắt đầu chuyển động, hay

ma sát nghỉ cực đại, được tính bằng công thức:

Lực ma sát trượt là lực ma sát sinh ra khi một vật chuyển động trượt

trên một bề mặt, thì bề mặt tác dụng lên vật tại chỗ tiếp xúc mộtlực ma sát trượt, cản trở chuyển động của vật trên bề mặt đó

o o

CHƯƠNG 2 PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC

CHẤT ĐIỂM.

2.1 Exercise balance force

Exercise 2.1.1: A traffic light is suspended with three ropes as shown in the

figure(Fig 2.1) Find the tension in the three ropes

(Pig 2.1.a) (Fig2.1.b)

Solution

The traffic light does not move, so the net force mustbe zero ⇒Staticequilibrium Need twofree-body diagrams: one for the light and the other for the

o o

Exercise 2.1.2: (Fig.2.2)A car is at rest on top of a hill Find the car’s velocity

at the bottom of the 30.0 m hill with an incline angle of 30.0o

a g sin 30 o 4.90m / s2

The velocity at the bottom of the slope is obtained from

v xf xi x2 v2 2a x

So, v xf 0 2(4.90m / s2

)30.0m 17.1m / s

Exercise 2.1.3: A car with a weight of 15,000 N is being towed up a 20° slope

at constant velocity Friction is negligible The tow rope is rated at 6000 N.Will it break?(Fig 2.3)

Solution

(Fig 2.3)Apply Newton’s 2nd Law (a = 0)

F 0

(1)From (1) we have

F x T wsin 0

F y n wcos 0From the x equation,

T wsin (15000N )sin 20 o

Since T < 6000 N, the rope won’t break

Note that y equation is not needed Check solution at θ = 0° and 90°.

Exercise 2.1.4: Three blocks on a frictionless horizontal surface are in contact

with each other, as shown in Fig 2.4 A force F is applied to block 1 (mass

m1 ) ( a) Draw a free-body diagram for each block Determine ( b) the

acceleration of the system (in terms of m1 , m

2

, m3 ), ( c) the net force on each

block, and ( d) the force of contact that each block exerts on its neighbor ( e)

If m1 m 2 m3 12.0kg and F 96.0N give numerical answers to ( b), ( c),and ( d)

(Fig 2.4)

Solution

a) In the free-body diagrams below,

F12 = force on block 1 exerted by block 2,

F21 = force on block 2 exerted by block 1,

F23 = force on block 2 exerted by block 3, and

F32 = force on block 3 exerted by block 2

b) All of the vertical forces on each block add up to zero, since there is noacceleration in the vertical direction Thus for each block,

The values make sense in that in order of magnitude, we should have

F F21 F32 , since F is the net force pushing the entire set of blocks, F12

is the net force pushing the right two blocks,

and the right block only

F23 is the net force pushing

Exercise 2.1.5: A 5.00-kg object placed on a frictionless, horizontal table is

connected to a cable that passes over a pulley and then is fastened to ahanging

9.00-kg object Find the acceleration of the objects and the tension in thestring

Key: 31.5N

Exercise 2.1.6: Two objects are connected by a light string that passes over a

frictionless pulley The incline is frictionless, and m 1 = 2.00 kg, m 2= 6.00

kg, and θ = 55.0° Draw free-body diagrams of both objects Find (a) theacceleration of the objects, (b) the tension in the string, and (c) the speed ofeach object 2.00 s after being released from rest

Key: 3.57m/s2 ; 26.7N; 7.14m/s

2.2 Exercise of friction force

Exercise 2.2.1: If the coefficient of kinetic friction between a 35-kg crate and

the floor is 0.30, what horizontal force is required to move the crate at a steadyspeed across the floor? What horizontal force is required if k is zero?

Solution

(Fig 2.5)

A free-body diagram for the crate is shown

The crate does not accelerate vertically, and so F N mg

Also, the crate does not accelerate horizontally (steady speed), and so

no further horizontal force would be necessary to maintain the motion

Exercise 2.2.2: A 15.0-kg box is released on a 32º incline and accelerates down

the incline at 0.30m / s2

Find the friction force impeding its motion What isthe coefficient of kinetic friction?

Solution

A free-body diagram for the box is shown

Write Newton’s 2nd Law for each direction: