Bài giảng Vật lý đại cương - Chương 4: Năng lượng

VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNGCƠ HỌC - NHIỆT HỌCBÀI GIẢNG CHO SINH VIÊN CHÍNH QUYGiảng viênNGUYỄN THANH NGATRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI-CƠ SỞ 2CHƯƠNG 4. NĂNG LƯỢNG1-Cônga/ Trường hợp đơn giản: s thẳng * Nhận xét ==> A>0, A kết luận 2-Công suất$1. CÔNG – CÔNG SUẤTChỉ có thành phần lực tiếp tuyến mới gây ra tác dụng làm quayVì momen ngoại lực có thể sinh công phát động hoặc công cản, nên: dA0, dA=03. Công và công suất trong chuyển động quay$1. CÔNG – CÔNG SUẤTVậy công của ngoại lực thực hiện trong chuyển động quay, trong khoảng thời gian tứ lúc t1=0 tới lúc t1=t là:* Công suất trong chuyển động quay: Với một máy thì N=const, muốn tăng momen ngoại lực thì phải giảm vận tốc góc và ngược lại.3. Công và công suất trong chuyển động quay$2. NĂNG LƯỢNG* Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho mức độ vận động của vật chất. *Nhận xét:* Kết luận:2-Định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượngĐộ biến thiên năng lượng của hệ trong quá trình nào đó bằng công mà hệ nhận được từ bên ngoài trong quá trình đó.“Năng lượng không tự nhiên sinh ra, mà cũng không tự nhiên mất đi, nó chỉ chuyển từ hệ này sang hệ khác hoặc từ dạng này sang dạng khác”1-Khái niệm năng lượng $3. ĐỘNG NĂNGa/ Biểu thức:b/ Định lý động năng:-Phát biểu1-Động năng trong chuyển động tịnh tiến$3. ĐỘNG NĂNGa/Biểu thức* Trường hợp vật rắn quay quanh trục cố định* Trường hợp vật rắn vừa chuyển động tịnh tiến, vừa chuyển động quay2-Động năng của vật rắn quay$3. ĐỘNG NĂNGb/ Định lý động năng:“Độ biến thiên động năng của vật rắn trong chuyển động quay chuyển dời một góc bằng công của momen ngoại lực tác dụng lên vật rắn trong chuyển dời đó”.2-Động năng của vật rắn quay$4. VA CHẠMVận tốc của các vật sau va chạm:2-Va chạm mềmTrong va chạm mềm động năng của hệ không được bảo toàn, độ giảm động năng bằng công làm biến dạng vật hoặc bằng nhiệt tỏa ra trong quá trình chuyển động:1-Va chạm đàn hồi$5. TRƯỜNG LỰC THẾ VÀ THẾ NĂNGTrường lực: tại mọi vị trí trong không gian đều có lực tác dụng lên chất điểm thì ta nói không gian đó có tồn tại một trường lực - Khi chất điểm chuyển động từ A đến B trong trường lực thì công của lực thực hiện là:Nếu công này không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối thì ta nói lực là lực thế, công A là công lực thế và trường lực này gọi là trường lực thế. 1-Trường lực thế$5. TRƯỜNG LỰC THẾ VÀ THẾ NĂNG* Trọng trường đều:Trong khoảng không gian không lớn lắm xung quanh trái đất, trọng lực tác dụng lên một chất điểm ở những vị trí khác nhau có thể coi là như nhau. Ta nói trong vùng không gian này có tồn tại một trọng trường đều: * Tính công của trọng lực trong dịch chuyển từ C đến D của chất điểm trong trọng trường đều.2-Công của trọng lực trong trọng trường đều$5. TRƯỜNG LỰC THẾ VÀ THẾ NĂNGVậy: nghĩa là công chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu và vị trí cuối, không phụ thuộc hình dạng đường đi. Do đó, trọng trường đều là trường lực thế.2-Công của trọng lực trong trọng trường đều$5. TRƯỜNG LỰC THẾ VÀ THẾ NĂNG-Thế năng là phần cơ năng ứng với sự tương tác giữa các vật (còn gọi là năng lượng của vị trí).-Thế năng của chất điểm trong trường lực thế là một hàm theo vị trí của chất điểm , sao cho độ giảm thế năng bằng công của lực thế: Như vậy, thế năng của chất điểm ở vị trí bất kỳ nào đó được xác định sai khác nhau 1 hằng số cộng, tùy thuộc các chọn gốc thế năng.3. Thế năng $6. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀ BIẾN ĐỔI CƠ NĂNG* Cơ năng:Cơ năng bằng tổng động năng và thế năng: W=Wđ+WtTrong trọng trường đều:* Định luật bảo toàn cơ năng:Xét chất điểm chuyển động trong trường lực thế từ C đến D.-Theo định nghĩa thế năng: ACD=WtC-WtD	-Theo định lý động năng: ACD=WđD-WđC	==> WC=WD=const- Phát biểu: “khi chất điểm chỉ chịu tác dụng của lực thế, cơ năng của chất điểm được bảo toàn”.	1-Định luật bảo toàn cơ năng$6. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN VÀ BIẾN ĐỔI CƠ NĂNGNếu ngoài lực thế, còn có các ngoại lực khác tác dụng thì công của các ngoại lực này sẽ làm cho cơ năng của hệ không được bảo toàn.Gọi :ACD là công của lực thế A’CD là công của các lực không thế (lực ma sát, lực cản)-Theo định lý động năng:-Theo định nghĩa thế năng:“Độ biến thiên cơ năng của chất điểm trong 1 chuyển dời nào đó bằng công của các ngoại lực không thế tác dụng lên chất điểm trong quá trình chuyển dời đó”. 2- Định luật biến đổi cơ năng	 $7. TRƯỜNG HẤP DẪNa/ Định luật: “Lực hút giữa 2 chất điểm tỷ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng”. G=6,670.10-11 Nm2/kg2 là hằng số hấp dẫn.-Nếu 2 vật thể có dạng hình cầu, có kích thước đáng kể so với khoảng cách giữa chúng thì ta cũng có thể áp dụng được định luật trên, trong đó r là khoảng cách nối 2 tâm của chúng.-Nếu 2 quả cầu có khối lượng m1=m2=1kg đặt cách nhau 1m thì lực hút giữa chúng là F=6,670.10-11N, lực này quá nhỏ nên không thể phát hiện bằng trực giác thông thường được. 1- Định luật hấp dẫn vũ trụ$7. TRƯỜNG HẤP DẪNb/ Sự thay đổi gia tốc trọng trường theo độ cao:- Một vật có khối lượng m ở trên mặt đất luôn chịu tác dụng của lực hút trái đất là:Mặt khác, lực hút đó cũng chính là trọng lực tác dụng lên vật: 	P0=m.g0 ==>- Nếu vật cách mặt đất 1 khoảng h, lực hút trái đất tác dụng lên vật là: tương ứng ta cũng có trọng lực: P=m.g 1- Định luật hấp dẫn vũ trụ$7. TRƯỜNG HẤP DẪN==>Vậy: gia tốc trọng trường giảm dần theo độ cao. 1- Định luật hấp dẫn vũ trụ$7. TRƯỜNG HẤP DẪNa/ Khái niệmMột vật có khối lượng gây ra xung quanh nó 1 dạng vật chất đặc biệt gọi là trường hấp dẫn.Biểu hiện của trường hấp dẫn là: bất kỳ vật có khối lượng nào đặt vào trong khoảng không gian có trường hấp dẫn đều chịu tác dụng của lực hấp dẫn.b/Tính chất thế của trường hấp dẫnXét 1 chất điểm m chuyển động trong trường hấp dẫn của trái đất, vật chịu tác dụng của lực hấp dẫn:2- Trường hấp dẫn$7. TRƯỜNG HẤP DẪNCông của lực hấp dẫn trong chuyển dời ds là: - Công của lực hấp dẫn trong toàn bộ chuyển dời CD là:Chứng tỏ: Công của lực hấp dẫn chỉ phụ thuộc vào vị trí đầu C và điểm cuối D, không phụ thuộc hình dạng quỹ đạo chuyển động. Vì vậy, lực hấp dẫn là lực thế, trường hấp dẫn là trường lực thế. 2- Trường hấp dẫnNHIỆM VỤ CỦA SINH VIÊN1. Trình bày bài học theo trật tự, chặt chẽ2. Bổ sung những phép toán biến đổi các công thức3. Hiểu và học thuộcKẾT THÚC LÝ THUYẾT CHƯƠNG