CHƯƠNG I VẬN ĐỘNG CƠ HỌC CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG 10.09.2012 BÀI MỞ ĐẦU CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT ĐIỂM CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG Vận động Cơ học BÀI MỞ ĐẦU 10.09.2012 MỤC TIÊU MÔN HỌC TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ ĐO LƯỜNG CƠNG CỤ TỐN HỌC Vận động Cơ học MỤC TIÊU MƠN HỌC Trình bày định luật vật lý chi phối trình vận động tự nhiên Hiểu giải thích q trình vật lý xảy thể sống Giải thích nguyên lý họat động ứng dụng thiết bị vật lý dùng y dược học Sử dụng thiết bị vật lý phân tích, xét nghiệm, chẩn đóan bệnh lý Biết cách tiến hành thực nghiệm để kiểm tra, đo đạc, minh họa nghiên cứu 10.09.2012 Vận động Cơ học TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài giảng Vật lý-Lý sinh; Bộ môn Vật lý-Lý sinh; ĐHYD TP.HCM Cơ sở vật lý; David Halliday-Robert Resnick-Jearl Walker; NXB GD 2007 Vật lý đại cương; Lương Duyên Bình chủ biên; NXB ĐH Giáo trình vật lý đại cương; I.V Xaveliev; NXB ĐH-THCN 1998 Giáo trình Lý sinh y học Trường đại học Y Hà Nội 10.09.2012 Vận động Cơ học TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ VẬT LÝ CỔ ĐIỂN • Các tượng đời sống hàng ngày thường xảy với vận tốc nhỏ khoảng cách tương đối lớn • Vật lý cổ điển (còn gọi Cơ học cổ điển hay Vật lý Newton) nghiên cứu tượng với vận tốc nhỏ nhiều so với vận tốc ánh sáng, kích thước lớn nhiều so với kích thước nguyên tử 10.09.2012 Vận động Cơ học TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ VẬT LÝ HIỆN ĐẠI • Vật lý cổ điển (Vật lý Newton) giải thích nhiều tượng tự nhiên từ cấp độ vi mơ đến vĩ mơ • Sự đời Vật lý đại nhằm giải thích số tượng mà Vật lý cổ điển chưa làm • Đồng thời Vật lý đại mang lại nhìn sâu sắc người tự nhiên, đồng thời thúc đẩy tiến lồi người • Thuật ngữ Vật lý đại ám khái niệm vật lý hậu Newton 10.09.2012 Vận động Cơ học TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ VẬT LÝ HIỆN ĐẠI • Vật lý đại dựa tảng hai lý thuyết học lượng tử thuyết tương đối • Các hiệu ứng lượng tử xảy cấp độ nguyên tử (gần 10−9 m), hiệu ứng tương đối tính xảy vận tốc vật đạt xấp xỉ vận tốc ánh sáng (gần 3.108 m/s) • Vật lý đại nghiên cứu tượng cấp độ vi mô vận tốc gần vận tốc ánh sáng 10.09.2012 Vận động Cơ học TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ VẬN TỐC  Nhỏ 10-9m Lớn 10-9m KÍCH THƯỚC  Nhỏ nhiều 3.108m/s 10.09.2012 Gần 3.108m/s VẬT LÝ CỔ ĐIỂN CƠ HỌC TƯƠNG ĐỐI TÍNH CƠ HỌC LƯỢNG TỬ THUYẾT TRƯỜNG LƯỢNG TỬ Vận động Cơ học ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN • Đối tượng vật lý: vật thể, trường, tượng, q trình…(tính chất, cấu tạo, vận động) • Mỗi thuộc tính Đối tượng vật lý đặc trưng hay nhiều Đại lượng vật lý: khối lượng, nhiệt độ, điện tích, lực, vận tốc… • Đại lượng vơ hướng có giá trị độ lớn: khối lượng, nhiệt độ, điện tích… • Đại lượng có hướng-vectơ có độ lớn, phương, chiều, điểm đặt: lực, cảm ứng từ, vận tốc… 10.09.2012 Vận động Cơ học ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VECTƠ - ĐỊNH LUẬT VẬT LÝ • r Vectơ a hệ tọa độ xOy xác định cặp tọa độ (ax; ay) • Khi thay hệ x’O’y’  (a’x; a’y) • Các hệ thức vectơ (cộng, trừ, nhân…) không phụ thuộc vào hệ tọa độ Các hệ thức vật lý (Định luật) độc lập với hệ tọa độ Ứng dụng: lựa chọn hệ tọa độ phù hợp để giải tóan vật lý 10.09.2012 Vận động Cơ học 10 BÀI CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG CÔNG VÀ CÔNG SUẤT NĂNG LƯỢNG LỰC VÀ CÔNG CỦA CƠ 10.09.2012 Vận động Cơ học 38 CƠNG VÀ CƠNG SUẤT • Cơng A lực F sinh chuyển dời s có trị số: A= (F,s) = Fs cos(F,s) • Khi lực F thay đổi: dA =(F,ds) A = ∫(F,ds) = ∫(Fxdx+Fydy+Fzdz) • Đơn vị cơng: J (jun) = 1N.m = 1kg.m2/s2 • Cơng suất tốc độ thực cơng: • N= dA/dt= (F,ds/dt)= (F,v) (F khơng đổi) • Đơn vị cơng suất: W (oat) = 1J/s • Vật rắn quay: dA= (F,ds)= Ftds= Ftr.dφ= Mdφ  N = dA/dt = Mdφ/dt = M.ω = (M,ω) 10.09.2012 Vận động Cơ học 39 NĂNG LƯỢNG • Năng lượng số đo gắn với trạng thái (hay điều kiện) hay nhiều vật • Một vật trạng thái xác định có lượng xác định • Cơng đại lượng đặc trưng cho trình trao đổi lượng vật • Độ biến thiên lượng hệ công mà hệ trao đổi với bên ngịai: W2 – W1 = A • Năng lượng không tự sinh mà không tự đi, chuyển từ hệ sang hệ khác hay từ dạng sang dạng khác 10.09.2012 Vận động Cơ học 40 NĂNG LƯỢNG-ĐỘNG NĂNG • Động phần tương ứng với chuyển động vật • A= ∫(F,ds) = ∫(mdv/dt,ds)= ∫(mds/dt,dv) = ∫(mv,dv)= ∫d(mv2/2) = mv22/2 - mv12/2 ĐN: Động chất điểm khối lượng m vận tốc v: Wđ= mv2/2 • Độ biến thiên Wđ chất điểm chuyển dời công ngoại lực tác dụng chuyển dời đó: A = Wđ2 – Wđ1 • Wđ vật rắn quay = Iω2/2 10.09.2012 Vận động Cơ học 41 TRƯỜNG LỰC THẾ • Một chất điểm gọi chuyển động trường lực vị trí chất điểm xuất lực tác dụng lên chất điểm • Khi chất điểm chuyển động từ M đến N cơng lực F: AMN = ∫F.ds • MN • Nếu cơng AMN khơng phụ thuộc đường dịch chuyển MN mà phụ thuộc vị trí điểm M N ta nói lực F lực trường lực 10.09.2012 Vận động Cơ học 42 NĂNG LƯỢNG-THẾ NĂNG • Thế chât điểm trường lực hàm vị trí AMN = Wt(M) – Wt(N) • Thế hấp dẫn trái đất: dA = (P.ds) = -GMmdr/r2 A=∫dA=∫-GMmdr/r2=(-GMm/r1)-(-GMm/r2) Thế hấp dẫn Wt = - GMm/r (= mgh) • Thế đàn hồi: F(x) = -kx (đ/l Hooke) W(x) = -∫F(x)dx = - ∫(-kx)dx = kx2/2 10.09.2012 Vận động Cơ học 43 BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG • AMN = Wt(M) – Wt(N) = Wđ(N) – Wđ(M)  (Wđ + Wt)(M) = (Wđ + Wt)(N) = const • Cơ W = Wđ + Wt chất điểm bảo tồn chuyển động trường lực • Trong hệ lập lượng chuyển từ dạng sang dạng khác tổng lượng hệ giữ nguyên: W = E = const • Độ biến thiên lượng hệ công mà hệ trao đổi với bên ngoài: dE = dA 10.09.2012 Vận động Cơ học 44 NĂNG LƯỢNG & KHỐI LƯỢNG • Khối lượng vận tốc v: m = m0(1-v2/c2)-1/2 • dm = m0(1-v2/c2)-3/2 (-1/2)d(1-v2/c2) = m0(1-v2/c2)-1/2 (1-v2/c2)-1c-2d(v2/2) = m(c2-v2)-1d(v2/2) (c2-v2)dm = md(v2/2) c2dm = v2dm + md(v2/2) = vd(mv) = vdP = (dP/dt).vdt = F.ds = dA = dE dE = c2dm  Năng lượng E = mc2 + C • Khi m = E = nên C =  E = mc2 • Động Wđ=mc2-m0c2=m0c2((1-v2/c2)-1/2 -1) 10.09.2012 Vận động Cơ học 45 LỰC VÀ CÔNG CỦA CƠ • Tính đàn hồi cơ: F(x) = -kx (đ/l Hooke) Thay F(x) = F, k = ES/ℓ, x = -∆ℓ  F = E.S.∆ℓ/ℓ F- Lực tác dụng lên cơ; E- Môđun dàn hồi S- Tiết diện cơ; ∆ℓ- Độ co cơ; ℓ- độ dài • Thế cơ: W(x) = -∫F(x)dx = - ∫(-kx)dx = k (∆ℓ)2/2 • Tính đàn hồi gần với cao su, mođun đàn hồi vào khoảng 104N/cm2 • Cơ vật liệu đàn hồi tuyệt đối 10.09.2012 Vận động Cơ học 46 LỰC VÀ CÔNG CỦA CƠ CÔNG CỦA BUỒNG TIM TRÁI  Thành phần tĩnh: công tạo áp suất máu:  A1 = p.dV (nén vào dV áp suất p)  Thành phần động: công tạo gia tốc máu: A2 = mv2/2 = ρv2V/2  Công chung buồng tim trái: A = pV + ρv2V/2 – p áp suất máu – V thể tích máu nén vào – v tốc độ chảy máu ρ khối lượng riêng máu 10.09.2012 Vận động Cơ học 47 LỰC VÀ CÔNG CỦA CƠ CÔNG CỦA TIM – p = 100 tor = 1,3.104 N/m2; – V = 60 cm3 = 6.10-5 m3; ρ = 1,05.103 kg/m3; v = 0,5 m/s  A = 1,3.104.6.10-5 + 1,05.103.(0,5)2.6.10-5/2 = 0,8 + 0,008 J ~ 0,81 J  Công buồng tim phải ~ 0,2J  Công tim chu kỳ co bóp ~ J  Tim co bóp 70 lần/phút  Công tim = 70 J/phút = 100800 J/24h 10.09.2012 Vận động Cơ học 48 Bài tập Từ đỉnh tháp cao 25m ta ném đá theo phương nằm ngang với vận tốc 15m/s Bỏ qua sức cản khơng khí Hãy xác định: Quỹ đạo đá Thời gian chuyển động đá (từ lúc ném đến lúc chạm đất) Khỏang cách từ chân tháp đến điểm đá chạm đất (còn gọi tầm xa) Vận tốc, gia tốc tòan phần, gia tốc tiếp tuyến gia tốc pháp tuyến đá điểm chạm đất Bán kính cong qũy đạo điểm bắt đầu ném điểm chạm đất 10.09.2012 Vận động Cơ học 49 Bài tập M1 R M2 10.09.2012 Vận động Cơ học Vật M1 có khối lượng m1 Vật M2 có khối lượng m2 Rịng rọc R có khối lượng mr Tính gia tốc a lực căng T sợi dây trường hợp: Vật trượt không ma sát Dây khơng dãn Rịng rọc khối lượng mr =0 Vật trượt có hệ số ma sát k Dây khơng dãn Rịng rọc khối lượng r =0 Vật trượt có hệ số ma sát k Dây khơng dãn Ròng rọc khối lượng mr khác 50 Bài tập • 10.09.2012 Vận động Cơ học Xác định gia tốc vật m1 hình vẽ, biết m1 chuyển động xuống Bỏ qua ma sát, khối lượng ròng rọc dây 51 Câu hỏi thảo luận • Tại ta thấy có lợi có hai chuẩn khối lượng kilơgam ngun tử cacbon-12? • Mục đích mặt cong phía sau xe đua gì? • Khi bạn đứng thẳng, qn tính quay bạn trục nhỏ lớn nhất? Bạn làm để thay đổi giá trị quán tính quay bạn? • Một bánh đà nặng, quay nhanh dùng để giữ cho tàu khỏi tròng trành Nếu bánh đà lắp cho trục quay vng góc với sàn tàu, tác dụng nào, tàu chực ngả nghiêng, từ bên sang bên kia? • Tại cầm vật nặng mệt người mà khơng có cơng thực hiện? 10.09.2012 Vận động Cơ học 52 ... miri2 I = Σmiri2 I = ∫r2dm • Phương trình chuyển động quay: Fti = miati  Mi = ri Λ Fti = mi ri Λ ati ri Λ ati = ri Λ (β Λ ri) = (ri , ri)β –( ri, β)ri = ri2β Mi= miri2β M =ΣMi =Σmiri2β = I? ?... C=AxB=(ABsinθ)uC Hình 2-24a A.B = AB cos θ Hình 2-21 10.09.2012 Vận động Cơ học 15 B? ?I CHUYỂN ĐỘNG CỦA CHẤT ? ?I? ??M ĐỘNG HỌC CHẤT ? ?I? ??M ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ? ?I? ??M 10.09.2012 Vận động Cơ học 16 ĐỘNG HỌC CHẤT ? ?I? ??M... Độ d? ?i chuyển góc φ Vận tốc góc ω Gia tốc góc β Moment Lực M=rΛF Moment qn tính I Moment Đ.lượngL =I? ? Phương trình M =I? ? Năng lượng E =I? ?2/2 37 B? ?I CÔNG VÀ NĂNG LƯỢNG CÔNG VÀ CÔNG SUẤT NĂNG LƯỢNG