[Vật lí 10] Lí thuyết cơ học.

S

songtu009

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Mớ kí tự này là bộ khung chưa gửi cho anh tramngan được vì chưa trang trí. Mà cái chương trình gõ công thức trên word tự nhiên biến mất :( .
Thôi, úp tạm lên đây cho mọi người xem trước vậy =.=. Xem đọc có hiểu không để anh còn chỉnh sửa.



Sơ lược về trường.

Cho đến nay, khoa học thừa nhận vật chất tồn tại ở hai dạng: dạng chất và dạng trường. Dạng chất là những thứ chúng ta thấy được, sờ được, nghe được, ngửi được…như : viên phấn, khúc gỗ, viên đá, núi, con người, Trái Đất,…..
Trường là dạng tồn tại đặc biệt xung quanh các vật thể., ví dụ như trường hấp dẫn, trường điện từ (bao gồm điện trường và từ trường), trường tương tác mạnh….Trường chỉ tồn tại xung quanh vật chất.

Như vậy, vật thể là sự thống nhất giữa thuộc tính chất và thuộc tính trường. Mỗi vật đều do các nguyên tử, phân tử cấu tạo thành, và xung quanh bất kì một vật chất nào cũng có một trường của riêng nó. Vật chất không tồn tại độc lập, mà luôn tương tác với nhau. Quá trình tương tác ấy nảy sinh ra khái niệm lực. Như vậy, lực là đại lượng đặc trưng cho mức độ tương tác mạnh hay yếu giữa các vật thể với nhau.

Các vật tương tác với nhau bằng hai con đường:
-Bằng va chạm trực tiếp (thuộc tính chất), thể hiện bởi các lực như: ma sát, lực đàn hồi, xung lực, phản lực.
-Thông qua trường (thuộc tính trường), thể hiện bằng các lực như: lực hút tĩnh điện (lực Culong), lực hấp dẫn, lực từ, lực tương tác hạt nhân,…

Trong vật lí, chúng ta gặp 4 loại trường lực sau:

- Trường tương tác yếu: là tương tác giữa các hạt cơ bản như: proton, notron, electron….trường này có bán kính khoảng 10-18m.
- Trường hấp dẫn: là trường tương tác hút giữa các vật có khối lượng với nhau. Trường này có bán kính vô hạn.
- Trường điện từ: Là trường tương tác giữa các điện tích với nhau. Trường này có bán kính vô hạn.
- Trường tương tác mạnh: tương tác giữa các hạt trong hạt nhân. Trường này có bán kính chừng 10-15m.

Quá trình tương tác bằng trường diễn ra như sau:
Giả sử vật M đặt tại A. Trường của nó có bán kính R. Tại một điểm B cách A một đoạn r sao cho r < R. Tức là B đang nằm trong trường của M. Đặt vào B một vật m. Sự xuất hiện của m làm thay đổi không gian xung quanh, hình thành trường của riêng nó. Sự biến đổi này lan ra mọi phương, và khi lan đến A thì tương tác mới xuất hiện.
Thời gian xuất hiện tương tác kể từ khi m được đặt vào B tính theo công thức: [TEX]t = \frac{r}{c}[/TEX]

Các lực cơ bản:

Có nhiều cách phân loại lực:
Theo tác loại tương tác : lực hút, lực đẩy.
Theo trường lực: lực thế và lực không thế.
Theo tác tác nhân sinh ra lực: lực hấp dẫn, ma sát, lực tĩnh điện, lực đẩy acsimet….
Theo đối tượng tác động: ngoại lực và nội lực.
Trong cơ học, ta xét các lực cơ bản sau:

- Lực hấp dẫn: Lực hấp dẫn là lực hút giữa các vật có khối lượng, thông qua trường hấp dẫn. Trường hấp dẫn có bán kính vô tận, do đó, bất kì vật nào có khối lượng cũng đều hấp dẫn vật khác và ngược lại.

Trọng lực P chỉ là một trường hợp riêng của lực hấp dẫn, đó là lực hút của một hành tinh với những vật trên bề mặt của nó (hoặc ở độ cao h không lớn lắm so với bề mặt của nó).
Công thức của lực trọng trường là: P = mg
g gọi là gia tốc trọng trường, nó tùy thuộc vào khối lượng và bán kính của hành tinh.

Phần lớn chương trình của chúng ta chỉ xét lực trọng trường của Trái Đất:
- Bất cứ vật nào có khối lượng đặt trong trọng trường cũng đều chịu tác dụng của trọng lực. Trọng lực có phương vuông góc với mặt đất, chiều hướng vào tâm Trái Đất.


- Phản lực N: tác dụng vào một vật bất kì một lực F thì vật đó cũng tác dụng ngược lại một lực F’ có độ lớn đúng bằng F, có chiều ngược chiều với lực F, và có phương vuông góc với bề mặt của vật tại điểm đặt lực.

Như vậy, phản lực có thể không cùng phương vời ngoại lực. Trường hợp thường thấy nhất là phản lực của mặt phẳng nghiêng. Phản lực chỉ cùng phương với ngoại lực khi ngoại lực vuông góc với bề mặt.

- Lực ma sát: Là lực chỉ xảy ra ở các bề mặt tiếp xúc giữa các vật. Nó luôn có xu hướng ngăn cản sự chuyển động tương đối của các vật tiếp xúc với nhau.
Lực ma sát có độ lớn phụ thuộc vào chất làm nên hai vật (hệ số ma sát ), và phản lực N.

Lực ma sát thường được phân thành 3 loại: ma sát nghỉ, ma sát trượt, ma sát lăn.

Giả sử có vật A nằm trên mặt đất. Ta tác dụng vào A một lực F nhỏ, A không di chuyển, đó là vì giữa A và mặt đất có lực ma sát nghỉ [TEX]( F_{msn})[/TEX], có độ lớn đúng bằng F . Khi ta tăng dần F thì Fmsn cũng tăng dần và luôn bằng F. F có thể tăng lên nhiều lần, nhưng [TEX]F_{msn}[/TEX] thì không tăng mãi mãi, mà chỉ tăng đến giá trị [TEX]F_{max} = \mu_n.N[/TEX]. Giá trị [TEX]\mu_nN[/TEX] được gọi là lực ma sát nghỉ cực đại. n là hệ số ma sát nghỉ.

Như vậy, lực ma sát nghỉ xuất hiện khi có ngoại lực F tác dụng lên vật, nhưng chưa làm vật di chuyển [TEX](F\leq\mu_n.N). [/TEX]
Lực ma sát nghỉ có độ lớn bằng với lực tác dụng và bé hơn hoặc bằng ma sát nghỉ cực đại.

Khi lực [TEX]F > \mu_n.N[/TEX], vật bắt đầu chuyển động. Lúc này, lực ma sát nghỉ biến mất mà thay vào đó là ma sát trượt.

Khác với ma sát nghỉ, ma sát trượt chỉ xuất hiện khi hai vật trượt trên nhau, và độ lớn của nó cũng hoàn toàn cố định: [TEX]F_{mst} = \mu_t.N[/TEX] được gọi là hệ số ma sát trượt.

Ma sát lăn: Xuất hiên khi vật này lăn trên bề mặt vật khác. Độ lớn của nó tính theo công thức: [TEX]F_{msl} = \mu_l.N[/TEX]. Ở đây [TEX]\mu_l[/TEX] bé hơn [TEX]\mu_t[/TEX] nhiều lần.

- Lực đàn hồi: Là những lực xuất hiện khi có biến dạng đàn hồi.
Biến dạng đàn hồi là những biến dạng mà sau khi bị thay đổi hình dạng, kích thước, vật có khả năng trở về trạng thái ban đầu. Biến dạng đàn hồi chỉ xảy ra khi ngoại lực không vượt quá giới hạn đàn hồi của vật. Ví dụ: dây cao su, nếu kéo qúa mạnh sẽ bị đứt.

Lực đàn hồi luôn có xu hướng chống lại biến dạng đàn hồi (nguyên nhân sinh ra nó).
Độ lớn lực đàn hồi là [TEX]F = k.x[/TEX] với k là hệ số đàn hồi.
x là độ biến dạng.
Và có chiều ngược chiều với biến dạng.

Lực căng T.
Là lực xuất hiện trên sợi dây khi nó được kéo căng. Trên một đoạn dây, không có lực tác dụng ở giữa thì lực căng tại mọi điểm là như nhau.


Ví dụ: Cho hai vật A, B. Tác dụng vào A một lực F.
Giả sử hai vật A, B gắn chặt với nhau, ta sẽ có gia tốc của chúng là:
Nếu nối hai vật bằng một sơi dây, T sẽ xuất hiện, tại đầu gắn với A, nó giảm bớt tác dụng của F, tại đầu gắn với B, nó làm động lực để kéo B chuyển động. Như vậy, nó đã “truyền tác dụng” của F từ A tới B.
Với vật A.
Với vật B
Cộng hai phương trình lại, ta lại có:

Như vậy: Lực căng thường là nội lực, đóng vai trò trung gian truyền lực trong các hệ cơ.

Lực quán tính: Đây là một lực ảo, xuất hiện tùy thuộc vào “cách nhìn” của chúng ta.

Xét một vật nhỏ m đặt trên ván M, bỏ qua ma sát. Ta kéo ván M chuyển động với gia tốc a, câu hỏi đặt ra là m sẽ chuyển động như thế nào?
- Nếu chọn mốc là mặt đất, thì m hoàn toàn đứng yên. Điều này thỏa mãn định luật II New-ton, vì không có lực nào tác dụng lên m cả. Hệ quy chiếu gắn với đất, gọi là hệ quy chiếu quán tính.
- Nếu chọn mốc là một điểm trên ván (xem ván đứng yên), thì sẽ thấy m lùi ra phía sau với gia tốc a. Lực nào đã làm cho m chuyển động so với ván? Để áp dụng được định luật New-ton trong trường hợp này, người ta đưa ra khái niệm lực quán tính. . Hệ quy chiếu gắn với vật chuyển động có gia tốc, được gọi là hệ quy chiếu phi quán tính.
- Như vậy trong hệ quy chiếu phi quán tính, các định luật New-ton không còn đúng nữa. Đây là một trong những hạn chế của định luật New-ton.


Các khái niệm này sinh:

Nội lực và ngoại lực.
Nội lực: là những lực tương tác giữa các phần tử bên trong một hệ.
Ngoại lực: là những lực tương tác giữa các phần tử của hệ với bên ngoài.

Nội lực không làm thay đổi năng lượng của hệ, không làm dịch chuyển khối tâm của vật, không gây ra biến thiên động lượng cho hệ.

Khái niệm nội lực và ngoại lực chỉ có tính tương đối, tùy thuộc vào hệ mà ta đang xét.


Ví dụ: Cho 2 vật A, B nằm trên mặt sàn nằm ngang. Ma sát nghỉ giữa hai vật là F. Đối với vật A hoặc đối với vật B, F là ngoại lực, nhưng đối với hệ 2 vật A, B thì F là nội lực.
Hai quả bóng cao su được ép sát vào nhau. Lực tương tác giữa hai quả là F. Đối với quả bóng thứ nhất, hoặc thứ 2, F là ngoại lực, nhưng đối với hệ hai vật, F là nội lực. Vì vậy, khi buông tay cho hai quả bóng chuyển động trên sàn ngang không ma sát, thì khối tâm của hệ hai quả bóng không đổi [TEX]m_1x_1 ={ - m_2x_2} [/TEX], tổng động lượng bằng không: [TEX]m_1v_1 = {-m_2}v_2[/TEX] , thế năng đàn hồi chuyển thành động năng (cơ năng không đổi).
Cho hai vật A, B đặt sát vào nhau trên sàn ngang không ma sát. Tác dụng vào A một lực F. Giữa A và B xuất hiện phản lực N. Phản lực này đối với A hoặc B là ngoại lực, nhưng đối với hệ A – B thì là nội lực. N không ảnh hưởng đến gia tốc của A – B.
Xét hệ hai vật được nối với nhau bởi một lò xo. Lực đàn hồi của lò xo chính là nội lực của hệ.
Thông thường, khi dùng phương pháp động lực học, hay các định luật bảo toàn, ta có thể bỏ qua nội lực, xem hai vật như một hệ rắn. Xét trong hệ quy chiếu gắn với khối tâm là một ví dụ điển hình.

Lực hướng tâm: Lực hướng tâm không phải là một loại lực mới. Nó chỉ là biểu hiện của các lực cơ bản trên trong chuyển động cong.
Lực ma sát, lực căng dây, phản lực, lực hấp dẫn, lực đàn hồi….đều có thể đóng vai trò là lực hướng tâm.
- Lực hướng tâm có phương pháp tuyến, chiều hướng vào tâm.
- Đặt một vật trên đĩa đang quay thì vật quay theo đĩa. Lực ma sát đóng vai trò là lực hướng tâm.
- Chiếc ô tô chuyển động trên đồi cong, trọng lực đóng vai trò là lực hướng tâm.
- Ném xiên, trọng lực đóng vai trò hướng tâm.
- Viên bi chuyển động trong chén, phản lực đóng vai trò hướng tâm.
- Trong con lắc đơn, lực căng dây đóng vai trò hướng tâm.
………….

Chuyển động tròn (gia tốc hướng tâm không đổi) chỉ là một trường hợp đặc biệt của chuyển động cong (gia tốc hướng tâm có thể biến thiên).
 
B

bigbang195

Bài Toán:Hai khối hình nêm 1 và 2 giống nhau, khối lượng M, ở mép dưới chỗ lượn tiếp xúc với mặt bàn nằm ngang.Người ta thả một mẩu gỗ khối lượng m từ độ cao h trên mặt nêm 1. Hỏi nó leo lên tới độ cao h' là bao nhiêu trên nêm 2 ? Bỏ qua ma sát giữa vật và nêm cũng như giữa đáy mỗi nêm với mặt bàn.

Mọi người có thể giúp em bài này không ạ, xem giải nhưng mà không thấu được hết ạ :(
 

Attachments

  • 1234567.JPG
    1234567.JPG
    11.6 KB · Đọc: 0
D

donghxh

Bài Toán:Hai khối hình nêm 1 và 2 giống nhau, khối lượng M, ở mép dưới chỗ lượn tiếp xúc với mặt bàn nằm ngang.Người ta thả một mẩu gỗ khối lượng m từ độ cao h trên mặt nêm 1. Hỏi nó leo lên tới độ cao h' là bao nhiêu trên nêm 2 ? Bỏ qua ma sát giữa vật và nêm cũng như giữa đáy mỗi nêm với mặt bàn.

Mọi người có thể giúp em bài này không ạ, xem giải nhưng mà không thấu được hết ạ :(
Bài làm:
Giải hệ này ra trước
[TEX]m.g.h=\frac{m.v_1^2}{2}+\frac{M.v_2^2}[/TEX]
m.v1=-Mv2
Giải hệ tiếp
m.v1=(m+M). V
[TEX]\frac{m.v_1^2}{2}=\frac{(m+M).V^2}{2}+mgh'[/TEX]
tìm h' là dc
 
S

songtu009

Bài của donghxh đúng rồi đấy.
Anh phân tích kĩ hơn nhé.
Ở trên đỉnh nêm 1, vật có thế năng [TEX]mgH[/TEX]
Khi xuống chân nêm, nêm và vật đều chuyển động ngược chiều nhau:
Thế năng ban đầu [TEX]mgH[/TEX] đã chuyển thành động năng của vật và động năng của nêm 1.
Áp dụng bảo toàn động lượng và bảo toàn năng lượng để tính vận tốc [TEX]v_1[/TEX] của vật.

Giờ chuyển qua giai đoạn vật đi lên nêm 2.
Vật đang có vận tốc [TEX]v_1[/TEX]
Khi lên đến vị trí cao nhất thì vật và nêm có cùng vận tốc.
Áp dụng bảo toàn động lượng để tìm vận tốc của hệ vật + nêm 2. Gọi vận tốc này là [TEX]V[/TEX].
Ở độ cao h trên nêm 2, vật có thế năng [TEX]mgh[/TEX] và có vận tốc V, nêm cũng có vận tốc V.

Vậy, động năng lúc ở chân nêm 2 đã chuyển thành thế năng của vật và động năng của hệ vật + nêm 2.


Đây thực chất là 2 quá trình va chạm mềm.
 
B

bigbang195

Ban đầu em cứ ngỡ 2 nêm dính vào nhau, xem giải mãi mà không thể hiểu rồi, giờ thì ok rồi ạ.Cám ơn anh và donghxh
 
S

songtu009

Thử bài này đi ;)



picture.php


Bỏ qua ma sát giữa vật và nêm, giữa nêm và mặt sàn.
Tính vận tốc của vật khi nó ở vị trí cao nhất trên nêm.
 
B

bigbang195

Thử bài này đi ;)



picture.php


Bỏ qua ma sát giữa vật và nêm, giữa nêm và mặt sàn.
Tính vận tốc của vật khi nó ở vị trí cao nhất trên nêm.

theo bảo toàn động năng :

gif.latex


kết hợp nó với bảo toàn cơ năng ta có :

gif.latex


Anh cho bài khác đi ạ, em đang luyện mấy cái năng lượng mà dùng sách em toàn xem giải :">
 
S

songtu009

Bài này em đã giải đúng đâu :p

Ở vị trí cao nhất, vận tốc của vật có bằng nêm không?.
Vị trí cao nhất là đỉnh nêm ấy, chứ không phải vị trí cao nhất mà vật đạt được đâu.

Bài này hay lắm đấy ;;)
 
B

bigbang195

sr anh, em chưa đọc kĩ đề :D

theo bảo toàn động lượng :
v là vận tốc của bi ban đầu , v' là lúc leo lên đỉnh cao nhất, và V là vận tốc của nêm lúc đó

gif.latex


Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng ta có :

gif.latex


Thay số rồi giải PT bậc 2 ta tìm được v',loại bỏ 1 giá trị âm

Mong lần này không sai ạ :(
 
S

songtu009

Có cố gắng. Nhưng mà mong ước của em đã chưa thành hiện thực.

Em bị sai khi viết biểu thức bảo toàn động lượng.

[TEX]mv = MV+mv'[/TEX]

Biểu thức này chỉ áp dụng đối với chuyển động theo một phương thôi. Ở vị trí cao nhất, vecto vận tốc của viên bi không theo phương ngang.
Em có nhớ bài đạn nổ không.

Rõ ràng [TEX]Mv < m_1v_1 + m_2v_2[/TEX]

Chúc em may mắn lần sau vậy. ;))
 
B

bigbang195

picture.php


Khi hòn bi chuyển động trên một quỹ đạo tròn, vận tốc của nó luôn vuông góc với bán kính tức là nó chính là tiếp tuyến của quỹ đạo và luôn thay đổi hướng. Vậy khi đạt đến điểm cao nhất, vật tốc của vật v' lúc này sẽ có phương vuông góc với mặt phẳng và hướng lên trên.
Theo định luật bảo toàn động lượng :

gif.latex


Do đó

gif.latex


kết hợp cái này và cơ năng ta có thể dễ dàng tìm được đáp số.

Mong là lần này không sai ạ :-ss

p/s: Nếu giả thiết của em là đúng thì em có thể tính được vận tốc của bi ở bất kì điểm nào trên 1/4 đường tròn ở mặt nêm.
 
D

donghxh

picture.php


Khi hòn bi chuyển động trên một quỹ đạo tròn, vận tốc của nó luôn vuông góc với bán kính tức là nó chính là tiếp tuyến của quỹ đạo và luôn thay đổi hướng. Vậy khi đạt đến điểm cao nhất, vật tốc của vật v' lúc này sẽ có phương vuông góc với mặt phẳng và hướng lên trên.
Theo định luật bảo toàn động lượng :

gif.latex


Do đó

gif.latex


kết hợp cái này và cơ năng ta có thể dễ dàng tìm được đáp số.

Mong là lần này không sai ạ :-ss

p/s: Nếu giả thiết của em là đúng thì em có thể tính được vận tốc của bi ở bất kì điểm nào trên 1/4 đường tròn ở mặt nêm.
Chưa chắc là có phương vuông góc đâu bạn. Vì chưa chắc nó chạy dc 1/4 hình tròn
LÀm thế này
do khi lên đến độ cao cực đại thì so với nêm vận tốc của vật =0
=> 2 vật chuyển động như 1 vật
áp dụng bảo toàn động lượng và bảo toàn cơ năng là ra
Bạn thử viết lại pt đi
 
B

bigbang195

Chưa chắc là có phương vuông góc đâu bạn. Vì chưa chắc nó chạy dc 1/4 hình tròn
LÀm thế này
do khi lên đến độ cao cực đại thì so với nêm vận tốc của vật =0
=> 2 vật chuyển động như 1 vật
áp dụng bảo toàn động lượng và bảo toàn cơ năng là ra
Bạn thử viết lại pt đi

Nhưng mà mình tính thì thấy độ cao cực đại là trên chục mét
 
S

songtu009

Gợi ý cuối cùng nè. Không giải được thì anh giải luôn đó.

Khi lên đến độ cao cực đại, thì chia vận tốc của vật thành hai thành phần. <ột theo phương thẳng đứng và một theo phương nằm ngang. Theo phương nằm ngang, vật chuyển động cùng nêm nên vận tốc của nó bằng vận tốc của nêm.

Áp dụng bảo toàn năng lượng để tính thành phần thẳng đứng của vận tốc.

Vận tốc của vật so với mặt đất là [TEX]v^2 = v_x^2 + v_y^2[/TEX]
 
B

bigbang195

Khi lên đến độ cao cực đại, thì chia vận tốc của vật thành hai thành phần. <ột theo phương thẳng đứng và một theo phương nằm ngang. Theo phương nằm ngang, vật chuyển động cùng nêm nên vận tốc của nó bằng vận tốc của nêm.

Áp dụng bảo toàn năng lượng để tính thành phần thẳng đứng của vận tốc.

Vận tốc của vật so với mặt đất là [TEX]v^2 = v_x^2 + v_y^2[/TEX]


Cái em không hiểu là tại sao vận tốc lại có 2 hướng như vậy ạ, nếu hiểu được nó thì những bài phân tích tương tự em sẽ không gặp trở ngại nữa ạ.
 
S

songtu009

Xét vận tốc của vật so với nêm.
Tại vị trí cao nhất, so với nêm, vec tơ vận tốc của vật [TEX]\vec{v}_1[/TEX]có phương thẳng đứng, hướng lên trên.

Còn theo phương nằm ngang thì vật dính vào nêm, cùng chuyển động với nêm. Nêm lại có vận tốc [TEX]\vec{v}_2[/TEX] so với đất.
Như vậy, vận tốc của vật so với đất là: [TEX]\vec{v} = \vec{v}_1 + \vec{v}_2[/TEX]

Công thức cộng vận tốc đấy em.
 
B

bigbang195

picture.php


Giờ em đã hiểu tại sao rồi ạ:

khi chuyển động trên quỹ đạo tròn nên vật có vận tốc vuông góc với bán kính, khi ở đỉnh hướng vận tốc sẽ vuông góc với đất.

mặt khác khi vật chuyển động lên tấm nêm thì nó đã truyền cho tấm nêm 1 vật tốc và tấm nêm sẽ chuyển động theo phương nằm ngang nhưng nó mang theo cả vật nên cả vật và tấm nêm sẽ có cùng vận tốc với đất theo phương ngang.

áp dụng định luật bảo toàn động lượng theo phương ngang:

gif.latex


Theo định luật bảo toàn động năng:

gif.latex


từ (1) ta dễ tính được v theo phương ngang, từ (2) ta tính được v tổng hợp, và như vậy tính được v theo phương thẳng đứng nhờ định lí Pythagore.

Anh cho bài khác đi ạ =p~
 
Last edited by a moderator:
S

songtu009

Tình hình là em vẫn còn quá hấp tấp.
Sai ngay cái công thức bảo toàn năng lượng ý.
Động năng của vật theo phương thẳng đứng sao không xét?
 
B

bigbang195

Em sửa lại rùi ạ, quên mất em lại cho cả 2 vật cùng một vận tốc trong bảo toàn động năng =((
 
S

songtu009

Cho hai vật có khối lượng lần lượt là [TEX]m_1, m_2[/TEX] được nối với nhau bởi một lò xo có độ cứng [TEX]k[/TEX].
Cung cấp cho vật [TEX]m_1[/TEX] một vận tốc tức thời [TEX]v[/TEX], có phương dọc theo trục lò xo.
Tìm độ co cực đại của lò xo. Bỏ qua ma sát.
 
Top Bottom