BAI GIANG CO NHIET CHUONG 3

Xét khỏang : ∆ = t t2 − t11 1 t P Định lý về động lượng: Độ biến thiên động lượng của chất điểm trong khỏang thời gian nào đó bằng xung lượng của lực tác dụng lên chất điểm trong khỏang

CƠ – NHIỆT

BIÊN SOẠN:

VÕ THỊ NGỌC THUỶ

VẬT LÝ 1BÀI GIẢNG

Isaac Newton ( 1642 – 1727 )

CHƯƠNG III:

CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN

TRONG CƠ HỌC

1 ĐỘNG LƯỢNG CỦA CHẤT ĐIỂM

Độ biến thiên động lượng

trong khỏang thời gian dt Xung lượng của lực trong khỏang thời gian dt

Xét khỏang : ∆ = t t2 − t1

1 1

t P

Định lý về động lượng:

Độ biến thiên động lượng của chất điểm trong khỏang thời gian nào đó bằng xung lượng của lực tác dụng lên chất điểm trong khỏang thời gian đó.

* Cả 3 biểu thức (3) ,(4) , (5 ) đều diễn tả chung định lý động lượng.

d P = Fdt

ur ur

(3)

* Bao hàm 2 tính chất:Động học (v) và quán tính (m).

→Đặc trưng cho chuyển động về mặt động lực học.

*

Thực nghiệm :

Quả cầu (m1 ,V1 ) va chạm vào quả cầu (m2 ,0) → (m2 ,V2 )

Kết quả : - Nói chung :

phụ thuộc vào v m1, 1

ur

, tức phụ thuộc vào P1

Động lượng của một vật đặc trưng cho khả

năng truyền chuyển động của vật

V2

V10 V20 = 0 V1

Ý nghĩa của động lượng

Trong một cuộc thử nghiệm va chạm người ta dùng một chiếc ô tô khối lượng 1500 kg chạy với vận tốc ban đầu 15 m/s đến va chạm thẳng vào bức tường.Thời gian va chạm là 0,150 s,sau khi va chạm xe bị bật ra theo phương vuông góc với tường,với vận tốc 2,60 m/s

Tìm độ biến đổi động lượng của xe và lực tác dụng trung bình trên ô tô trong thời gian va chạm.

2 ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN ĐỘNG LƯỢNG

“Tổng động lượng hệ

cô lập bảo tòan.”

noif

∑ ur

(6 )

(7 )

Ví dụ : Giải thích hiện tượng súng dật.

Ban đầu cả súng và đạn nằm yên :

Động lượng :

Bảo tòan động

lượng:

Súng dật

? Càng nặng càng ít dật.Dật ngược

chiều với đạn.

ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN CƠ NĂNG

3 CÔNG CỦA LỰC –ĐỘNG NĂNG

(8)

“ Công của lực tổng hợp tác dụng lên vật được chuyển thành

độ biến đổi động năng của vật ”

và

2 2

( 11 )

( 12 )

4 THẾ NĂNG CỦA CHẤT ĐIỂM TRONG TRƯỜNG THẾ 4.1 Định nghĩa Trường lực thế

* Thế năng của chất điểm trong trường thế :

Trong một trường thế,ứng với mỗi vị trí r bất kỳ người ta gán cho chất điểm một giá trị hàm U(r) nào đó,sao cho thỏa mãn hệ thức :

r r

A = U r − U r = −∆ U (1.20)

Hàm U(r) như thế gọi là hàm thế năng (hay” thế năng”)

của chất điểm trong trường thế

Có thể chọn gốc tính thế năng tùy ý

→ Thế năng có thể âm

(1.21)

Vật chuyển động từ vị trí (1) đến vị trí (2) trong trường thế.

Định nghĩa của thế năng :

Khi vật chuyển động trong trường lực thế(mà không chịu tác dụng của một lực nào khác),cơ năng của vật được bảo tòan.

5 ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN CƠ NĂNG TRONG TRƯỜNG THẾ

Cơ năng của chất điểm trong trường thế:

Ví dụ : Hòn đá khối lượng m được ném lên với vận tốc V0

hợp với phương nằm ngang một góc α Xác định độ cao của hòn đá mà tại đó vận tốc của nó giảm hai lần.Bỏ qua lực cản không khí

Bỏ qua lực cản →Chỉ chịu tác động của trọng lực trong suốt quá trình chuyển động → Hệ cô lập.Cơ năng bảo toàn

Chọn góc thế năng tại vị trí ban đầu (mặt đất )

2

1 2

1

?2

E = mV + mgy =

2 0

3 8

V y

g

=

??

y =

Gọi V là vận tốc của hai vật sau khi

đi được đọan đường s,tại thời điểm t

Ví dụ:

Cho hệ cơ như hình vẽ.Bỏ qua ma sát,khối lượng ròng rọc và dây.Dây không co dãn.Tính gia tốc của hệ bằng các phương pháp sau :

a/Định lý động năng.; b/ Định luật bảo tòan cơ năng.

a/ Aùp dụng định lý động năng :Công của trọng lực :

b/ Bảo tòan cơ năng :

Chọn gốc thế năng của hệ tại vị trí ban đầu mỗi vật

? 1/ Hãy áp dụng động lực học để giải !

Viết phương trình động lực học cho từng vật :

* Hãy nhận xét kết quả (thứ nguyên của a;vật rơi tự do khi nào?)

+ Đúng về thứ nguyên :[a] = [g]+Khi m2 = 0 → a = g : Vật rơi tự do

B C

D E

F

h 2R

Một viên bi được thả không vận tốc ban đâu từ A và có thể trượt không

ma sát trên đường rãnh ABCDEF,với ABCDEB là đường tròn bán kính

R.Chênh lệch độ cao giữa a và D là h.Bỏ qua kích thước viên bi a/

Tính độ cao nhỏ nhất để viên bi không rời khỏi đường rãnh b/Tính

vận tốc viên bi tại F.

A

* Thế năng tại A ( mghA ) chuyển thành động năng tại B,và tiếp tục chuyển sang thế năng tại D

* Để viên bi không rời khỏi rãnh thì tại D phải có động năng,tức vận tốc

VD ≠ 0 Hay : Thế năng ban đầu ( độ cao hA phải đủ lớn Đó chính là độ cao nhỏ nhất hmin = ?

a/ Bảo toàn cơ năng trong quá trình viên bi dịch chuyển từ A → D ,

thay đổi một độ cao là h :

Vận tốc nhỏ nhất để viên bi ch/đ tròn theo BCDEB là :

(2)

2

12

M =   r F   uur r ur

(1.24) Hệ cô lập :

“Trong hệ quy chiếu quán tính,momen động lượng của hạt cô lập được bảo tòan”

M = const

uur

Xung lượng của momen lực tác dụng lên hạt trong th/g ∆t

(1.25)

* Momen lực có ý nghĩa gì ?

Chỉ có thành phần làm quay.

Momen lực đặc trưng cho tác dụng làm quay chất điểm quanh trục mà momen lực được lấy đối với nó.

→ Còn gọi là Momen quay.

2 TRƯỜNG HẤP DẪN

HỆ MẶT TRỜI 8 HÀNH TINH

Tại sao các hành tinh không

thoát khỏi Mặt trời ? Lực hấp dẫn Mặt trời.

?? Tại sao sao chổi có đuôi khi tới gần Mặt trời ?

Lực hấp dẫn của mặt trời

Tại sao có lực hấp dẫn ? Lực hấp dẫn thể hiện ra sao ??

Tại sao mặt trăng quay quanh trái đất ?

Lực hấp dẫn của trái đất

, s

m ,

) R (

M G

m)

hR

(

MG

m)

hR

(

mMG

F

+

=+

Ví dụ Một hành tinh bán kính R tự quay quanh trục qua cực một

vòng mất thời gian T.Trọng lượng của một vật đặt ở xích đạo của hành tinh bằng k lần trọng lượng của nó khi đặt ở cực.Tính gia tốc rơi tự do ở cực hành tinh

c

P cg

P

: Trọng lượng vật ở cực :Gia tốc rơi tự do ở cực : Trọng lượng của vật ở xích đạo

4 1

c

R g

c

R g

2.2 Trường hấp dẫn – Bảo toàn cơ năng

vị trí đầu và cuối.

Trường hấp dẫn có tính thế ↔↔Trường hấp dẫn có tính thế

* Bảo toàn cơ năng trong trường hấp dẫn :

Bảo toàn,vì trường hấp dẫn là trường thế !

Cơ năng của chất điểm chuyển động trong trường hấp dẫn có bảo tòan không ? Tại sao??

Chất điểm khối lượng m chuyển động với vận tốc V trong trường hấp dẫn của một hành tinh khối lượng M ,bán kính R,tại độ cao h.Cơ năng của chất điểm bằng bao nhiêu ?

Ví dụ

Một vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn trong mặt phẳng xích đạo trái đất từ tâysang đông với vận tốc góc bằng vận tốc góc của trái đất quay xung quanh trục của nó.Vệ tinh đứng yên ở một độ cao nào đó so với mặt đất.Tính độ cao của vệ tinh.Bán kính trái đất R = 6,37.106 m

2 0

2.3 Các loại vận tốc vũ trụ:

ht

ur uur

2 0

6400 ; h o 9,8 /

R = km g = = g = m s

?? Vật sẽ thế nào ?

Vật chuyển động chậm dần do tác dụng của trọng lực → có gia tốc trong trường g(h).Tùyvào động năng ban đầu(V0), có 3 khả năng :

Vật rơi trở về Bay vòng quanh

theo quỹ đạo kín

Bay ngày càng xa

Vận tốc vũ trụ cấp I

Bay ngày càng xa quả đất!

Vận tốc vũ trụ cấp II

2 0

2.4 Ba định luật Kepler

•* Định luật thứ nhất:

Johannes Kepler( 1571 – 1630 ) Nhà

thiên văn học người Đức

Mọi hành tinh đều quay theo quỹ đạo hình ellip có một tiêu điểm là mặt trời

a

=Tâm sai ellip :

* Định luật thứ hai : Đường thẳng nối mặt trời và một

hành tinh nào đó sẽ quét cùng một diện tích trong những khoảng thời gian như nhau.

* Định luật thứ ba: Trường hợp đơn giản:

Một hành tinhkhối lượng m quay quanh mặt trời khối lượng M theo quỹ đạo tròn,với vận tốc v

2 2