Động lực học
I. TỔNG HỢP LỰC - HỢP LỰC TÁC DỤNG.
Tổng hợp lực là thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt các lực ấy. Lực thay thế này gọi là hợp lực.\(\vec{F}=\vec{F_1}+\vec{F_2}+....\vec{F_n}\)
1. Tổng hợp hai lực cùng phương.
|
Khi \(\vec{F_1} \uparrow \uparrow \vec{F_2}\) |
Khi \(\vec{F_1} \uparrow \downarrow \vec{F_2}\) |
|
F = F1 + F2 \(\vec{F}\) cùng chiều với \(\vec{F_1}\) và \(\vec{F_2}\) 
|
F = |F1 - F2| \(\vec{F}\) cùng chiều với vector nào lớn hơn. 
|
2. Tổng hợp hai lực đồng quy - Quy tắc hình bình hành.
- Qui tắc hình bình hành: Nếu hai lực đồng qui làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kể từ điểm đồng qui biểu diễn hợp lực của chúng.
\(\vec{F}=\sqrt{F_1^2+F_2^2+2F_1F_2cos(\alpha)}\)
với \(\alpha=(\vec{F_1},\vec{F_2})\).\( \Rightarrow \left| {{F_1} - {F_2}} \right| \le F \le {F_1} + {F_2}\)
- Quy tắc tam giác lực: Ta có thể tịnh tiến vector lực \(\vec{F_2}\) sao cho gốc của nó trùng với ngọn của vector lực \(\vec{F_1}\). Khi này, vector lực tổng hợp \(\vec{F_t}\) là vector nối gốc của \(\vec{F_1}\) với ngọn của \(\vec{F_2}\).- Khi vật chịu tác dụng của nhiều hơn hai lực. Ta có thể áp dụng một cách liên tiếp quy tắc tam giác lực để tìm hợp lực. Quy tắc này gọi là quy tắc đa giác lực.
- Trường hợp đặc biệt, nếu \({\vec F_1} \bot {\vec F_2}\) (tức là α = 90°) thì \(F = \sqrt {F_1^2 + F_2^2} \)
II. CÁC LỰC CÂN BẰNG VÀ KHÔNG CÂN BẰNG.
1. Các lực cân bằng.
- Các lực cân bằng khi tổng hợp các lực tác dụng lên vật bằng 0.\(\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + .... = \vec 0\)
- Lúc này vật ở trạng thái cân bằng. - Đặc điểm của hai lực cân bằng:+ Hai lực tác dụng theo cùng một đường thẳng
+ Ngược chiều nhau
+ Có độ lớn bằng nhau
+ Điểm đặt lên một vật.
2. Các lực không cân bằng.
- Các lực không cân bằng khi tổng hợp các lực tác dụng lên vật khác 0. Hợp lực không cân bằng có thể làm thay đổi vận tốc của vật.III. PHÂN TÍCH LỰC.
Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt như lực đó. Các lực thay thế gọi là các lực thành phần.1. Qui tắc.
Khi phân tích các lực tác dụng lên vật, ta thường đi phân tích các lực thành 2 thành phần vuông góc với nhau, theo 2 phương Ox và Oy.
2. Chú ý.
Chỉ khi xác định được một lực có tác dụng theo 2 phương vuông góc nào, thì mới phân tích lực theo 2 phương vuông góc đó.3. Ví dụ.
I. LỰC VÀ CHUYỂN ĐỘNG.
- Lực là sự kéo hoặc đẩy.- Lực có các tác dụng: Làm biến dạng vật hoặc làm thay đổi vận tốc của vật.
- Lực luôn do một vật tạo ra và tác dụng lên vật khác.
- Có hai loại lực: Lực tiếp xúc và lực không tiếp xúc.
II. ĐỊNH LUẬT I NEWTON.
- Định luật I Newton: Một vật nếu không chịu tác dụng của lực nào (vật tự do) hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.- Ý nghĩa của định luật I Newton: Lực không phải là nguyên nhân gây ra chuyển động, mà là nguyên nhân làm thay đổi chuyển động của vật.
III. QUÁN TÍNH.
1. Quán tính.
- Vật luôn có xu hướng bảo toàn vận tốc chuyển động của mình. Tính chất này gọi là quán tính.- Do có quán tính mà mọi vật có xu hướng bảo toán vận tốc cả về hướng và độ lớn.
- Định luật 1 Newton được gọi là định luật quán tính.
2. Ứng dụng của quán tính trong đời sống.
Ứng dụng của quán tính trong đời sống: Giúp giải thích một số hiện tượng trong đời sống:- Nguyên nhân của nhiều vụ tai nạn.
- Ngồi trên xe khi phanh gấp thì người lại hướng về phía trước,...
I. ĐỊNH LUẬT II NEWTON.
- Định luật II Newton: Gia tốc của vật có cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.\(\vec a = \frac{{\vec F}}{m}\;\)
- Về mặt Toán học, định luật 2 Newton có thể viết là:\(\vec F = m\vec a\)
- Do đó, 1N = 1kg.1m/s2- Trong trường hợp vật chịu nhiều lực tác dụng thì \(\vec F\) là hợp lực của các lực đó:
\({\vec F_1} + {\vec F_2} + \ldots + {\vec F_n}=m\vec a\)
II. KHỐI LƯỢNG VÀ QUÁN TÍNH.
Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật:- Nếu có nhiều vật khác nhau lần lượt chịu tác dụng của cùng một lực không đổi, thì vật nào có khối lượng lớn hơn hơn sẽ có gia tốc nhỏ hơn.
- Vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc, tức càng có mức quán tính lớn hơn.
III. THÍ NGHIỆM MINH HỌA ĐỊNH LUẬT II NEWTON.
- Dụng cụ:+ 1: tấm chắn sáng
+ 2: máng trượt đệm khí
+ 3: cổng quang điện 1
+ 4: cổng quang điện 2
+ 5: ròng rọc
+ 6: các quả nặng
+ 7: đồng hồ đo thời gian hiện số
+ 8: cân điện tử
+ 9: bơm khí
- Các bước tiến hành thí nghiệm
+ Bước 1: Cho lực kéo F có độ lớn tăng dần 1 N, 2 N và 3 N (bằng cách móc thêm các quả nặng vào đầu dây vắt qua ròng rọc).
+ Bước 2: Ghi lại độ lớn lực kéo F và tổng khối lượng của hệ (gồm xe trượt và các quả nặng), ứng với mỗi lần thí nghiệm.
+ Bước 3: Đo thời gian chuyển động t của xe, từ khi đồng hồ bắt đầu đếm từ lúc tấm chắn sáng đi qua cổng quang điện 1 và kết thúc đếm khi tấm chắn vượt quan cổng quang điện 2.
+ Bước 4: Gia tốc a được theo công thức \(d=v_0t+\frac{1}{2}at^2\) (đặt xe trượt có gắn tấm chắn sáng sao cho tấm chắn này sát với cổng quang điện 1 để v0 = 0; d = 0,5m là khoảng cách giữa hai cổng quang điện trong thí nghiệm). Đo thời gian t ứng với mỗi lần thí nghiệm, ta tính được:
\(a=\frac{2d}{t^2}=\frac{2.0,5}{t^2}=\frac{1}{t^2}\)
- Chú ý: Khi thực hiện phương án này, cần để đồng hồ bắt đầu đếm thời gian khi xe có vận tốc ban đầu bằng 0, cần đặt tấm chắn sáng sát cổng quang điện 1.| Lực kéo F(N) | 1 | 1 | 1 | 2 | 3 |
| Khối lượng (M+m) (kg) | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Thời gian t(s) | 0,55 | 0,64 | 0,71 | 0,50 | 0,42 |
| Gia tốc \(a=\frac{2s}{t^2}\) (m/s2) | 3,31 | 2,44 | 1,99 | 4,03 | 5,67 |
I. ĐỊNH LUẬT III NEWTON.
1. Lực tương tác giữa hai vật.
Lực không tồn tại riêng lẻ. Các lực hút hoặc đẩy luôn xuất hiện thành từng cặp giữa hai vật.
2. Định luật 3 Newton.
Trọng mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực đồng thời vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối.\(\vec{F_{AB}}=-\vec{F_{BA}}\)
- Đặc điểm của hai lực trực đối:+ Hai lực tác dụng theo cùng một đường thẳng
+ Ngược chiều nhau
+ Có độ lớn bằng nhau
+ Điểm đặt lên hai vật khác nhau.
II. CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA LỰC VÀ PHẢN LỰC.
- Theo định luật 3 Newton, trong tương tác giữa hai vật, một lực gọi là lực tác dụng còn lực kia gọi là phản lực.- Đặc điểm của lực và phản lực:
+ Luôn xuất hiện thành từng cặp (xuất hiện hoặc mất đi đồng thời)
+ Tác dụng theo một đường thẳng, cùng độ lớn nhưng ngược chiều (hai lực này là hai lực trực đối)
+ Lực và phản lực không cân bằng nhau (vì chúng đặt vào hai vật khác nhau)
+ Cặp lực và phản lực là hai lực cùng loại.
I. TRỌNG LỰC.
1. Trọng lực.
- Trọng lực là lực hấp dẫn do Trái Đất tác dụng lên vật gây ra cho vạt gia tốc rơi tự do.- Kí hiệu: \(\vec{P}\)
- Ở gần Trái Đất trọng lực có:
+ Phương thẳng đứng
+ Chiều từ trên xuống
+ Điểm đặt: trọng tâm của vật
+ Công thức:
\(\vec{P}=m\vec{g}\)
2. Trọng lượng.
- Trọng lượng là độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật- Công thức tính: P = m.g
- Cách đo: lực kế hoặc cân lò xo.
3. Phân biệt trọng lượng và khối lượng.
- Trọng lượng của một vật thay đổi khi đem vật đến một nơi khác có gia tốc rơi tự do thay đổi.- Khối lượng là số đo lượng chất của vật. Vì vậy, khối lượng của một vật không thay đổi khi ta chuyển nó từ nơi này đến nơi khác.
II. LỰC CĂNG.
- Lực căng xuất hiện trên sợi dây có sự đàn hồi.- Kí hiệu: \(\vec{T}\)
- Đặc điểm của lực căng:
+ Phương trùng với phương của sợi dây
+ Ngược chiều với chiều của lực do vật kéo dãn dây.
- Độ lớn của lực ma sát phụ thuộc vào tính chất của bề mặt tiếp xúc giữa các vật. Mặt tiếp xúc càng gồ ghề thì lực ma sát càng lớn.
- Sự tương tác giữa bề mặt của hai vật tạo ra lực ma sát giữa chúng.
I. LỰC MA SÁT NGHỈ.
- Lực ma sát nghỉ là lực ma sát tác dụng lên mặt tiếp xúc của vật, khi vật có xu hướng chuyển động nhưng chưa chuyển động.- Ví dụ: Con người và một số động vật có thể đi lại được hoặc cầm, nắm được các vật nặng là nhờ có sự xuất hiện của lực ma sát nghỉ.
II. LỰC MA SÁT TRƯỢT.
- Lực ma sát trượt là lực xuất hiện khi vật trượt trên bề mặt của vật khác.Ví dụ:
+ Lực ma sát trượt xuất hiện khi em bé chơi cầu trượt.
+ Lực ma sát trượt xuất hiện khi kéo một khúc gỗ trượt trên mặt bàn.
- Ngoài ra, còn có lực ma sát lăn.
Ví dụ: ổ bi lắp ở trục quay có tác dụng chuyển đổi ma sát trượt thành ma sát lăn, làm giảm lực cản (lực ma sát) lên các vật chuyển động, đảm bảo cho các thiết bị, linh kiện, máy móc,... được vận hành một cách dễ dàng.
1. Đặc điểm của lực ma sát trượt.
- Điểm đặt: tại vật và bề mặt tiếp xúc của vật.- Phương: trùng với phương chuyển động.
- Chiều: ngược chiều chuyển động.
- Độ lớn tỉ lệ với độ lớn của áp lực và tình trạng bề mặt tiếp xúc.
2. Công thức của lực ma sát trượt.
\(F_{mst}=\mu N\)
Với μ là hệ số ma sát trượt, phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai mặt tiếp xúc.N là áp lực
III. BÀI TẬP VÍ DỤ.
IV. LỰC MA SÁT TRONG ĐỜI SỐNG.
I. LỰC CẢN CỦA CHẤT LƯU.
1. Lực cản.
- Chất lưu được dùng để chỉ chất lỏng và chất khí.- Mọi vật chuyển động trong chất lưu luôn chịu tác dụng bởi lực cản của chất lưu. Lực này ngược hướng chuyển động và cản trở chuyển động của vật.
2. Lực cản phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- Lực cản phụ thuộc vào hình dạng và tốc độ của vật.* Chú ý: Khi vật rơi trong chất lưu dưới tác dụng của trọng lực và lực cản của chất lưu thì đến một lúc nào đó vật sẽ đạt tới vận tốc giới hạn và sẽ chuyển động đều với vận tốc này.
II. LỰC NÂNG CỦA CHẤT LƯU.
- Khi chuyển động trong chất lưu, ngoài chịu tác động của lực cản, vật còn chịu tác động của lực nâng.- Một số tác dụng của lực nâng trong tình huống thực tế:
+ Máy bay có thể di chuyển trong không khí
+ Tàu thuyền có thể nổi và di chuyển được trên mặt nước
+ Khinh khí cầu lơ lửng trên không trung
+ Nhiều sinh vật bay lượn dễ dàng trong không khí
* Lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật có:+ Điểm đặt: tại vị trí trùng với trọng tâm của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ.
+ Phương: thẳng đứng
+ Chiều: từ dưới lên
+ Độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị chiếm chỗ:
\(F_{A}=\rho gV\)
Trong đó:+ FA: lực đẩy Archimedes (N)
+ ρ: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3)
+ V: thể tích phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ (m3)
I. CÁC BƯỚC GIẢI CHÍNH.
- B1: Phân tích các lực tác dụng lên vật.- B2:
+ Áp dụng định luật I Niu-tơn cho vật chuyển động thẳng đều (hoặc đứng yên):
\(\overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + ... + \overrightarrow {{F_n}} = \vec 0\)
+ Áp dụng định luật II Niu-tơn cho vật chuyển động có gia tốc:\(\overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + ... + \overrightarrow {{F_n}} = m\vec a\)
- B3: Chọn hệ quy chiếu Oxy với Ox là trục song song với mặt phẳng chuyển động. Trục Oy là trục vuông góc với chuyển động.- B4:
+ Chiếu B2 lên Oy:
\({F_{1y}} + {F_{2y}} + ... + {F_{ny}} = 0\)
+ Chiếu B2 lên trục Ox:\({F_{1x}} + {F_{2x}} + ... + {F_{nx}} = m.a\)
- Từ B4 suy ra đại lượng cần tìm.* Có thể áp dụng các công thức về chuyển động thẳng biến đổi đều
\(v = {v_0} + at\)
\({v^2} - v_0^2 = 2ad\)
\(d = {v_0}t + \frac{1}{2}a{t^2}\)
II. CÁC LOẠI BÀI TOÁN.
1. Bài toán xác định gia tốc của vật khi biết lực tác dụng vào vật.
2. Bài toán xác định lực tác dụng vào vật khi biết gia tốc.
III. BÀI TẬP TỰ GIẢI.
I. MOMENT LỰC.
1. Tác dụng làm quay của lực.
Khi lực tác dụng vào vật có giá không song song và không cắt trục quay thì sẽ làm quay vật.
2. Moment lực.
Moment lực đối với trục quay: là đại lượng đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó.M = F.d
II. QUY TẮC MOMENT LỰC.
1. Thí nghiệm.
- Dùng 1 đĩa tròn có trục quay đi qua tâm O, trên mặt đĩa có những lỗ dùng để treo quả cân. Tác dụng vào đĩa những lực \(\vec{F_1}\) và \(\vec{F_2}\) nằm trong mặt phẳng của đĩa sao cho đĩa đứng yên. Khi đó ta có:\(F_1.d_1=F_2.d_2\)
2. Qui tắc moment lực (hay điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định).
Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng độ lớn các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược lại.\(M_1+M_2+⋯=M_1'+M_2'+⋯\)
Lưu ý: Trong điều kiện về moment lực, ta cần quy ước các moment lực có xu hướng làm vật quay theo một chiều có giá trị dương. Từ đó, các moment lực có xu hướng làm vật quay theo chiều ngược với chiều dương quy ước sẽ có giá trị âm.Khi đó, tổng các moment lực tác dụng lên vật (đối với một điểm bất kì) bằng 0.
\(\sum M = 0\)
III. NGẪU LỰC.
1. Ngẫu lực là gì?
Ngẫu lực: Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật được gọi là ngẫu lực. Dưới tác dụng của ngẫu lực chỉ có tác dụng quay của vật bị biến đổi.
2. Moment của ngẫu lực.
Moment ngẫu lực:\(M = F_1.d_1+F_2.d_2\)
hay\(M = F.d\)
với d = d1 + d2
IV. ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG TỔNG QUÁT CỦA VẬT RẮN.
Khi vật rắn ở trạng thái cân bằng, lực tác dụng vào vật phải có hai điều kiện sau:+ Lực tổng hợp tác dụng lên vật bằng không:
\({\vec F_1} + {\vec F_2} + ... + {\vec F_n} = \vec 0\)
+ Tổng moment lực tác dụng lên vật đối với một điểm bất kì bằng không:\({\vec M_1} + {\vec M_2} + ... + {\vec M_n} = 0\)
I. TỔNG HỢP HAI LỰC ĐỒNG QUY.
1. Dụng cụ thí nghiệm.
2. Thiết kế phương án thí nghiệm.
3. Tiến hành thí nghiệm.
4. Kết quả thí nghiệm.
II. TỔNG HỢP HAI LỰC SONG SONG.
1. Dụng cụ thí nghiệm.
2. Thiết kế phương án thí nghiệm.
3. Tiến hành thí nghiệm.
4. Kết quả thí nghiệm.
* Một số kí hiệu cần nhớ: