BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TP.HCM BÀI TIỂU LUẬN Đề tài: Nguyên lí tương đối Galile Hệ quy chiếu không quán tính Ứng dụng Môn: Vật Lí Đại Cương Sinh viên thực hiện: - Đoàn Minh Tâm - Võ Nguyên Hưng - Nguyễn Thanh Sang Lớp: XD15/A5 A.MỞ ĐẦU I.Sơ lược Galileo Galilei -Nhà khoa học vĩ đại - Galileo Galilei (15- -1564 – tháng năm 1642) nhà thiên văn học, vật lý học, toán học triết học người Ý, người đóng vai trò quan trọng cách mạng khoa học Các thành tựu ông gồm cải tiến cho kính thiên văn quan sát thiên văn sau đó, ủng hộ Chủ nghĩa Copernicus Galileo gọi "cha đẻ việc quan sát thiên văn học đại", "cha đẻ vật lý đại", "cha đẻ khoa học", "cha đẻ Khoa học đại." Stephen Hawking nói, "Galileo, có lẽ người riêng biệt nào, chịu trách nhiệm khai sinh khoa học đại." - Sự chuyển động vật thể tăng tốc đều, dạy hầu hết khóa học vật lý trường trung học cao đẳng, Galileo nghiên cứu chủ đề chuyển động học Những đóng góp ông thiên văn học quan sát gồm vệc xác nhận tuần Sao Kim kính thiên văn, phát bốn vệ tinh lớn Sao Mộc, đặt tên vệ tinh Galileo để vinh danh ông, quan sát phân tích vết đen Mặt Trời Galileo làm việc khoa học công nghệ ứng dụng, cải tiến thiết kế la bàn - Sự bênh vực Galileo dành cho Chủ nghĩa Copernicus gây tranh cãi đời ông Quan điểm địa tâm thống trị từ thời Aristotle, tranh cãi nảy sinh sau Galileo trình bày thuyết nhật tâm minh chứng khiến giáo hội Công giáo Rôma cấm tuyên truyền thực chứng minh, chưa chứng minh theo kinh nghiệm thời điểm trái ngược với ý nghĩa Kinh Thánh.[10] Galileo cuối buộc phải từ bỏ thuyết nhật tâm sống ngày cuối đời cảnh bị quản thúc gia theo lệnh Toà án dị giáo La Mã Lịch sử nghiên cứu : - Trong thời gian học tập Đại học Pisa (1581-1585), Galileo tiến hành nhiều thí nghiệm với lắc khám phá chúng gần trở độ cao thả ra; chúng có chu kì khác không phụ thuộc vào khối lượng lắc biên độ, bình phương chu kì tỉ lệ thuận với chiều dài dây Sau ông sử dụng lắc để chế tạo đồng hồ vào năm 1641 Galileo tìm tốc độ rơi không phụ thuộc vào trọng lượng Ông ghi phát sách có tên De Motu (Về chuyển động) - Galileo cử làm giáo sư toán trường Đại học Padua (1592-1610) Năm 1593, Galileo sáng chế nhiệt kế Những phát minh khác ông có bơm nước cân thủy tĩnh Năm 1609, Galileo người sử dụng kính thiên văn để quan sát bầu trời sau nghe nói kính thiên văn chế tạo Hans Lippershey Năm 1610, Galileo khám phá vành đai Thổ năm trở thành người quan sát thấy mặt trăng lớn Mộc Ông quan sát pha Kim, nghiên cứu vết đen Mặt Trời khám phá nhiều tượng quan trọng khác Những ghi chép Jupiter's Moons - Năm 1610, Galileo chuyển đến Firenze, Ý, nơi ông theo đuổi nghiên cứu Đại học Firenze cung điện gia đình Medici Galileo xuất sách quan sát thiên văn với mặt trăng Sao Mộc, sử dụng quan sát để ủng hộ lý thuyết nhật tâm vũ trụ Copernicus chống lại thuyết địa tâm Ptolemy lý thuyết Aristote Năm sau đó, Galileo tới thăm Rome để chứng minh kính viễn vọng trước nhà triết học toán học Học viện Dòng Tên Rôma (Jesuit Collegio Romano), để họ tự thấy mắt thực bốn mặt trăng Mộc Khi Rome ông trở thành thành viên Accademia dei Lincei sau cai quản Cosimo II, Bá tước vùng Toscana - Năm 1612, xuất chống đối thuyết nhật tâm vũ trụ Galileo ủng hộ Năm 1614, từ bục giảng kinh Vương cung thánh đường Santa Maria Novella, linh mục Tommaso Caccini (1574–1648) lên án ý kiến Galileo chuyển động Trái Đất, cho chúng nguy hiểm gần với dị giáo Galileo tới Roma để bảo vệ trước cáo buộc đó, nhưng, vào năm 1616, hồng y Robert Bellarmine đích thân khiển trách Galileo bắt ông không ủng hộ giảng dạy thiên văn học Copernicus Trong năm 1621 1622, Galileo viết sách mình, Người thí nghiệm (Il Saggiatore), phê duyệt cho phát hành năm 1623 Năm 1630, ông quay lại Roma để xin giấy phép in Đối thoại hai Hệ thống Thế giới, xuất Florence năm 1632 Tuy nhiên, vào tháng 10 năm ấy, ông bị bắt phải trước Thánh Giáo lý Đức tin Roma - Sau phiên xử giáo hoàng, theo ông bị nghi ngờ mạnh mẽ dị giáo, Galileo bị quản thúc gia hoạt động ông bị giáo hoàng kiểm soát Từ năm 1634 trở sau, ông sống nhà thôn quê Arcetri, bên Florence Ông bị mù hoàn toàn năm 1638 bị chứng thoát vị ngủ đầy đau đớn, ông cho phép tới Florence chữa bệnh Ông tiếp tục tiếp khách năm 1642, sau qua đời sốt chứng tim đập nhanh - Galileo tiếng với câu nói Eppur si muove! ("Dù Trái Đất quay") sau bị Giáo hội buộc phải thề không thảo luận thuyết Địa tâm Ông có thí nghiệm tiếng chứng minh tốc độ rơi vật không phụ thuộc trọng lượng tháp nghiêng Pisa II.Lí chọn đề tài - “Galileo Galilei (1564-1642) Có thể nói, Galileo ông tổ khai sáng động lực học: ông đưa khái niệm gia tốc, phát biểu vào năm 1632 nguyên lý tương đối Galileo nguyên lý quán tính Ông nghiên cứu đến nhiều vấn đề khác học: lắc, mặt phẳng nghiêng, rơi tự đặc biệt nguyên lí tương đối” - Nhờ Galileo mà ta giải thích tượng xảy hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu không quán tính.Tại ánh sáng vật chuyển động nhanh không gian co lại thời gian trôi chậm nhiều câu hỏi giải thích nguyên lí tương đối Galileo đời Hàng nhiều tượng lực quán tính xảy quanh chúng ta, để giải thích tượng phải hiểu chất tượng Vì việc sử dụng kiến thức nguyên lí tương đối vào giải thích số tượng đời sống tập Vật lí đại cương cần thiết Đó lí chúng em chọn đề tài “ Nguyên lí tương đối Galileo, hệ quy chiếu không quán tính ứng dụng” III Mục tiêu nghiên cứu - Có thể vận dụng nguyên lí tương đối Galileo để giải thích số tượng đời sống giải số tập vật lí IV.Đối tượng nghiên cứu - Trình bày tóm tắt lí thuyết nguyên lí tương đối Galilê, chuyển động tương đối chất điểm hệ quy chiếu quán tính không quán tính ứng dụng B NỘI DUNG I Nguyên lí tương đối Galile 1.Galile đưa thí nghiệm - Thí nghiệm 1: Bạn tách riêng tới phòng có chỗ thoáng rộng boong tàu thủy nhớ mang theo bạn số ruồi,bướm côn trùng nhỏ biết bay nhốt chuồng đủ rộng với tầm bay lượn chúng Giả sử bạn có bình to đựng nước với cá bơi lội tung tăng Bạn treo xô nước nhỏ cho nhỏ tựng giọt nước vào bình khác có miệng phía quan sát: - Nếu tàu đứng yên, tất sinh vật nhỏ bay, lội bình thường, theo hướng Giọt nước rơi vào miệng bình - Nếu tàu chuyển động với vận tốc miễn êm, không lắc lư, không chong chênh tượng tàu đứng yên  Căn vào tượng tàu, bạn biết tàu chuyển động hay đứng yên - Thí nghiệm 2: Ném đá từ đỉnh cột buồm xuống sàn tàu rơi dọc theo cột xuống sàn không thay đổi, dù tàu đứng yên hay chuyển động với vận tốc,cho dù tàu chạy với vận tốc lớn  Như thí nghiệm tiến hành giống nhau, gắn với hệ quy chiếu Trái đất, lẫn hệ quy chiếu chuyển động thẳng cho kết giống nhau.Các hệ quy chiếu vật lí bình đẳng với nhau.Điều có nghĩa ta có hệ quy chiếu quán tính với độ xác định tất hệ khác chuyển động thẳng so với hệ quy chiếu quán tính với độ xác giống nhau.Galile mô tả có giá trị học gọi nguyên lí tương đối Galile Kết luận: - Một phát biểu nguyên lí tương đối Galile Niu-tơn đề nghị “Các chuyển động tương đối vật thể so với diễn không gian đó, dù không gian đứng yên hay chuyển động thẳng đều” - Ngày người ta phát biểu nguyên lí tương đối Galile thành “ Các định luật học tất hệ quy chiếu quán tính” Và số cách phát biểu khác nguyên lí tương đối Galile: - Mọi hệ quy chiếu chuyển động thẳng hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu quán tính - Các định luật Niu-tơn có dạng hệ quy chiếu quán tính - Các phương trình động luật có dạng hệ quy chiếu quán tính Về mặt toán học có nghĩa là: “Những phương trình mô tả định luật học cổ điển không đổi dạng phép biến đổi toạ độ thời gian chuyển từ hệ quy chiếu quán tính sang hệ quy chiếu quán tính khác theo công thức biến đổi Galilê” Nguyên lí tương đối Galilê có vai trò quan trọng việc nghiên cứu học cổ điển Trong môn học phương trình động lực học biểu diễn định luật II Newton:  d (mv ) F dt Trong đó: m khối lượng vật đại lượng bất biến  F tổng hợp lực tác dụng lên vật Lực tác dụng lên vật chia làm ba loại sau:  Lực phụ thuộc khoảng cách không gian: lực đàn hồi, lực hấp dẫn, lực tĩnh điện  Lực phụ thuộc vận tốc tường đối: lực ma sát, lực cản không khí, lực nhớt 10  Lực phụ thuộc thời gian: lực đàn hồi Mặt khác khoảng cách không gian, vận tốc tương đối, thời gian đại  lượng bất biến phép biến đổi Galilờ Do lực F lượng bất biến phép biến đổi Galilờ Vậy phương trình biểu diễn định luật II Newton phương trình bất biến phép biến đổi Galilê Từ ta có kết luận: “Trong hệ quy chiêú quán tính, định luật học cổ điển bất biến với phép biến đổi Galilê” Tìm hiểu thêm: Galileo Galilei miêu tả dạng nguyên lý tương đối "Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo" vào năm 1632 minh họa người ngồi thuyền nguyên lý Newton áp dụng cho học ông Một hệ trực tiếp nguyên lý cách để đo vận tốc tuyệt đối quan sát viên chuyển động không gian định nghĩa hệ quy chiếu đứng yên tuyệt đối Hệ phải chứa thứ đứng im thứ khác mâu thuẫn với nguyên lý tương đối, theo định luật vật lý hệ quy chiếu phài 11 Sơ lược hệ quy chiếu quán tính - Hệ quy chiếu hệ tọa độ dựa vào vị trí điểm vật thể vị trí vật thể khác xác định đồng thời có đồng hồ đo để xác định thời điểm kiện - Hệ quy chiếu quán tính :hệ quy chiếu không xuất lực quán tính hay hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu mà chuyển động hạt tự (hạt không chịu tác động lực nào) chuyển động thẳng đều.) Điều có nghĩa lực tác động lên vật thể hệ quy chiếu quy lực Theo định luật thứ Newton không bao hàm lực quán tính, vật hệ quy chiếu quán tính giữ nguyên trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng tổng lực tác dụng lên vật không Tương tự định luật thứ hai Newton hay định luật học khác, bao hàm lực bản, hệ quy chiếu quán tính, nơi lực quán tính - Trong học cổ điển, hệ quy chiếu chuyển động gia tốc (thẳng đứng yên) so với hệ quy chiếu quán tính khác hệ quy chiếu quán tính Nguyên lý Galileo phát biểu học cổ điển coi tượng học xảy hệ quy chiếu quán tính Sau Albert Einstein mở rộng tính chất cho tất trình vật lý xảy hệ quy chiếu quán tính (lý thuyết tương đối hẹp) rộng trình vật lý xảy hệ quy chiếu (lý thuyết tương đối rộng) Như hệ quy chiếu quán tính chất điểm cô lập giữ nguyên trạng thái đứng yên chuyển động thẳng Từ nghiên cứu Galilê đưa thuyết tương đối gồm điểm sau:  Trong hệ quy chiếu quán tính thời gian hay thời gian tuyệt đối: t = t  Vị trí điểm M phụ thuộc hệ quy chiếu  Khoảng (khỏang cách) có tính tuyệt đối không phụ thuộc hệ quy chiếu Lưu ý: Khi không cần độ xác cao, hệ quy chiếu gắn với trái đất nghiệm định luật quán tính gọi hệ quy chiếu quán tính 12 - Hệ quy chiếu quán tính hệ xa vật khác, không chịu tác dụng lực vật khác tác dụng lên Trong hệ quy chiếu quán tính định luật quán tính nghiệm Phép biến đổi Galile Ta xét hai hệ quy chiếu K K’, K’ chuyển động thẳng với vận tốc v so với K Hệ K gắn vào hệ toạ độ Đêcác vuông góc Oxyz, hệ K’ gắn vào hệ toạ độ Đềcác vuông góc O’x’y’z’ cho trục Ox trùng với trục O’x’ trùng với véctơ vận tốc V, Oy song song với O’y’, Oz song song với O’z’ Với cách chọn vậy, hai quy chiếu K, K’ gọi hai hệ quy chiếu quán tính với nhau, hai hệ quy chiếu quán tính với chúng chuyển động thẳng với Tại thời điểm ban đầu hai hệ hoàn toàn trùng nhau, sau K’ chuyển động dọc chiều dương trục Ox với vận tốc từ ta có: a) Phép biến đổi toạ độ hệ quy chiếu Thay hệ K K’ toạ độ chất điểm là: M(x,y,z) M’(x’,y’,z’), ta có phép biến đổi toạ độ là: x(t) = x’(t) + V 13 y(t) = y’(t) z(t) = z’(t) t = t’ Ba phương trình mối quan hệ phương trình chuyển động hệ K hệ K’ b) Phép biến đổi vận tốc Đạo hàm theo thời gian hệ phương trình (1.2.1) ta đuợc phương trình cộng vận tốc: vx(t) = v’x(t) + V vy(t) = v’y(t) vz(t) = vz’(t) Nếu biểu diễn theo véctơ vận tốc, ta có công thức cộng vận tốc:    v  v 'V c) Công thức cộng gia tốc Đạo hàm theo thời gian (1.2.2) ta được: ay = a’y ay = a’y az = a’z Như gia tốc hai hệ quy chiếu quán tính bảo toàn Nếu K K’ hai hệ quy chiếu quán tính với gia tốc chất điểm hai hệ quy chiếu nhau, hay nói cách khác tính quán tính hai hệ quy chiếu quán tính bảo toàn *) Quan niệm thời gian, không gian, thời gian chuyển động Trong học cổ điển Galilée (đầu kỉ XVII), vật lí học cổ điển Iesac Newton, (đầu kỉ XVIII): Không gian thời gian bất di bất dịch, tuyệt đối 14 Theo Newton: Khối lượng lượng tồn hai khái niệm khác Đó quan niệm thống trị suốt trăm năm Theo Newton, lượng đại đại bác nằm yên không - Thời gian không phụ thuộc hệ quy chiếu quán tính - Khoảng không gian không phụ thuộc quy chiếu - Chuyển động phụ thuộc hệ quy chiếu Câu hỏi: Không gian thời gian có thay đổi không so với hệ quy chiếu khác Trả lời: Theo Galileo: - Thời gian giống cho dù xét hệ quy chiếu => Thời gian bất biến Đây tảng học cổ điển - Không gian thay đổi hệ quy chiếu VD vật có toạ độ x = hệ có tọa độ x' = chẳng hạn hệ khác Nhưng định luật hoc (không có điện học, quang học, ) mô tả không gian không thay đổi hệ qc quán tính II.Hệ quy chiếu không quán tính  Xét hệ quy chiếu O’ chuyển động thẳng với gia tốc A so với hệ quy chiếu O    Ta có: a  a '  A    Nhân vế cho m: ma  ma '  mA    Hay: F  ma  m( A) (*)   Đối với hệ quy chiếu quán tính K ta có định luật II Newton: F  ma , hệ K’ định luật    II là: F  ma'm( A) Lúc định luật quán tính Newton hệ K K’ khác vật đứng yên chuyển động thẳng hệ K chuỵển động có gia tốc hệ K’ hai hệ quy chiếu không quán tính với Trong theo  nguyên lí Galilê lực F đại lượng bất biến 15         Trong hệ K’ chất điểm có gia tốc a ' xác định: a '  a  A , lúc ma  m(a  A)  ma      hay định luật Newton không bảo toàn Nếu ta đặt Fqt  mA , ta có: ma '  F  Fqt Phương trình giống phương trình định luật II Newton Khi lực Fqt gọi lực quán tính   Trường hợp đặc biệt K’ chuyển động với gia tốc A  A(A,0,0) , lúc lực quán   tính là: Fqt  mA có đặc điểm:  độ lớn khối lượng vật nhân với gia tốc chuyển động hệ,  phương trùng với phương chuyển động hệ  chiều ngược chiều véctơ gia tốc, hay chiều chuyển động vật chuyển động chậm dần đều, ngược chiều chuyển động chuyển động nhanh dần  Khi hệ quy chiếu chuyển động biến đổi lực quán tính không Như để định luật II Newton hệ quy chiếu tổng hợp lực tác dụng lên vật, lực thông thường ta phải kể thêm lực quán tính Khi giải toán lực quán tính cần ý:  Lực quán tính phản lực vật cụ thể tác dụng lên vật với lực cho  Lực quán tính xuất hệ quy chiếu không quán tính chuyển động thẳng so với hệ quy chiếu quán tính với gia tốc A  Lực quán tính tác dụng lên vật đặt hệ quy chiếu mà không phụ thuộc vào vị trí vật hệ *) Hệ quy chiếu không quán tính quay  Giả sử hệ K’ quay quanh hệ K với vận tốc góc  (t ) Công thức cộng vận tốc     Galilờ (1.5.1) viết lại: V  V '  r (1.6.1)   dV d V ' d     (  r ) Đạo hàm theo thời gian (1.6.1) được: dt dt dt Để định luật Newton trường hợp tổng hợp lực tác dụng lực thông thường ta cần phải cộng thêm lực quán tính:    Fqt  m(  r ) Nhận thấy lực quán tính gồm hai lực:      F  m(  r )  m(  r ) 16  Số hạng thứ lực quán tính có đặc điểm: + Phương trùng phương tiếp tuyến + Chiều ngược chiều hướng tâm + Độ lớn m  r (khi chất điểm chuyển động mặt phẩng vuông góc với trục quay) Lực gọi lực quán tính li tâm  Số hạng thứ hai lực quán tính + Phương trùng phương tiếp tuyến quỹ đạo điểm + Chiều ngược chiều chuyển động Ta gọi lực lực Coriolis Như chọn hệ quy chiếu quay quanh hệ quy chiếu đứng yên (hệ quy chiếu quán tính), ta phải kể đến lực quán tính li tâm lực Coriolis   Lực Coriolis f c có đặc điểm sau:     Lực f c  V f c tác dụng lên vật không làm thay đổi độ lớn vận tốc mà tác dụng làm thay đổi hướng chuyển động       f c không sinh công f c  V  f c phản lực quán tính   f c phụ thuộc vào vận tốc V Khi vật đặt hệ quy chiếu không quán tính, phương trình chuyển động vật   hệ quy chiếu là: F  Fqt  , đó:  F : tổng hợp tất lực thực tác dụng vào vật  Fqt : lực quán tính tác dụng vào vật III Ứng dụng:Giải thích số tượng a Về Khoa Học Câu Từ đâu nảy sinh ý tưởng tính tương đối ? - Trong xe lửa, máy bay (lúc không rung, không xóc, không tăng), ta lại, rót nước vào cốc v.v , việc xảy dường xe lửa máy bay đứng yên 17 - Galile, đầu kỷ XVII đề xuất ý tưởng: chuyển động khái niệm tương đối Ông nói: "Nếu ta làm thí nghiệm học tàu chuyển động theo đường thẳng, ta phát chuyển động tàu Cũng kỷ XVII, Isaac Newton khẳng định rằng, vật không chịu lực vật đứng yên tiếp tục chuyển động thẳng với vận tốc không đổi Ðó nguyên lý "quán tính" - Nguyên lý không áp dụng cho hệ quy chiếu, vòng đu quay, xe quay hay hãm lại, vật bị lệch hướng Do đó, ta gọi "hệ quán tính" hệ quy chiếu nguyên lý quán tính nghiệm Vậy Trái Ðất có phải hệ quán tính không? Không ! Vì quay, quay chậm (1 vòng/ngày) đến mức ta coi hệ quán tính đời sống hàng ngày Vậy liệu có tồn hệ quán tính hoàn toàn không ? Newton cho có ! Ông nêu lên định đề tồn "không gian tuyệt đối" đứng yên Các hệ chuyển động thẳng, (vận tốc không đổi) so với nó, hệ quán tính Các định luật học nghiệm Newton cho thời gian tuyệt đối trôi chảy đặn điểm không gian Theo Newton, không thí nghiệm học cho phép phát hệ quán tính chuyển động hay đứng yên so với không gian tuyệt đối Ðó "nguyên lý tương đối Galile" Câu Chuyển động ánh sáng phải chuyển động tương đối ? - Galile cho ánh sáng chuyển động với vận tốc hữu hạn, ông thất bại việc đo vận tốc ánh sáng kết luận vận tốc lớn Với kỹ thuật thích hợp kỷ XIX, người ta thu giá trị gần 300.000 km giây Vấn đề gần giải quyết, vấn đề khác lại lên: ánh sáng có chất sóng hay hạt ? Thí nghiệm Fizeau Foucault cho thấy ánh sáng ánh sáng bị chậm lại nước: có nghĩa ánh sáng sóng Nhưng thời kỳ đó, người ta nói sóng nói môi trường truyền sóng Thật vậy, sóng biết lúc đó, lan truyền biến dạng môi trường xung quanh (không khí, nước ) Vậy môi trường cho phép ánh sáng từ Mặt Trời truyền tới Trái Ðất? Người ta gọi "ête" mà không hiểu biết - Năm 1880, nhà vật lý Mỹ Michelson muốn thể di chuyển Trái Ðất ête Trước đó, người ta cho vận tốc ánh sáng không giống đo theo chiều chuyển 18 động Trái Ðất theo chiều ngược lại Thật vậy, Trái Ðất, quỹ đạo mình, rượt đuổi ánh sáng theo chiều dời xa theo chiều ngược lại Vậy là, ta phải tìm độ chênh lệch 30km/giây so sánh hai vận tốc đo Thiết bị Michelson sáng chế có lẽ phát sai khác Nhưng thật bất ngờ: biến đổi vận tốc ánh sáng Mọi việc xảy dường Trái Ðất đứng yên môi trường ête Trong suốt 25 năm ròng, nhà vật lý bền bỉ tìm hiểu kết gây rối rắm b Về đời sống, xã hội Câu Xét toán học cho vật Trái Đất Hệ quy chiếu đặt bề mặt Trái Đất hệ quy chiếu quán tính vì: - Trái Đất tự quay quanh trục - Trái Đất quay quanh mặt trời Khi đó, xét chuyển động vật ta thấy xuất lực quán tính Vật đứng yên bề mặt Trái Đất chịu tác dụng lực ly trục quán tính ( hay gọi lực ly tâm quán tính)  Vật chuyển động với vận tốc v : lực vật chịu tác động lực Corilis Câu Giải thích hành khách xe ngả trước xe phanh gấp ngả sau xe tăng ga? + Khi phanh xe gia tốc xe hướng sau nên lực quán tính hướng trước (ngược chiều với gia tốc xe) tác dụng lên hành khách làm hành khách ngả trước + Khi tăng ga gia tốc xe hướng trước nên lực quán tính hướng sau (ngược chiều với gia tốc xe) tác dụng lên hành khách làm hành khách ngả sau 19 Câu 3: Sự xói mòn bờ sông đâu? Sự xói mòn bờ sông tác dụng lực Coriolis : Các sông (chính xác nước sông ) vật chuyển động đất nên chịu tác dụng lực Coriolis Chẳng hạn, ta xét sông bắc bán cầu chảy theo chiều từ bắc xuống nam, tức chảy dọc theo đường kinh tuyến Hình bên trình bày chiều chuyển động sông với phương chiều lực Coriolis tác dụng lên nước sông Xuôi theo chiều dòng nước bờ bên phải gọi hữu ngạn, bờ bên trái gọi tả ngạn Hình bên cho thấy bắc bán cầu lực Coriolis tác dụng lên hữu ngạn làm cho bờ bị xói mòn bên tả ngạn bồi đắp Tương tự, giải thích qui luật sau sông : bắc bán cầu, ta xuôi theo dòng nước bờ hữu ngạn bị bào mòn; nam bán cầu, xuôi theo dòng nước bờ tả ngạn bị bào mòn tác dụng lực Coriolis 20 Câu Khi nhảy từ bậc cao xuống chân ta bị gập lại, đặt cốc nước lên tờ giấy mỏng giật nhanh tờ giấy khỏi đáy cốc cốc đứng yên, bút bị nghẹt mực ta vẫy mạnh bút viết tiếp? - Khi nhảy từ bậc cầu thang xuống chân ta chạm đất chân ta dừng lại quán tính mà thân tiếp tục dịch chuyển làm cho chân bị gập lại - Tờ giấy có lực kéo tay ta chuyển động cốc nước có quán tính nên từ trạng thái đứng yên cốc chưa kịp biến đổi chuyển động cốc dứng yên ta kéo từ từ cốc chuyển động khoảng thời gian kéo cốc quán tính không kìm hãm cốc làm biến đổi chuyển động từ trạng thái đứng yên sang - Khi ta vẩy mạnh bút song bút ngừng chuyển động có quán tính mà mực bút tiếp tực chuyển động làm bút viết Câu Giải thích lệch hướng gió? Bằng ảnh hưởng hiệu ứng Coriolis ta giải thích Bắc bán cầu gió thổi lệch bên phải so với hướng giảm áp suất, Nam bán cầu gió lệch bên trái 21 Nếu từ miền bắc bán cầu có luồng gió thổi phía cực bắc, nghĩa luồng gió tiến vùng vĩ tuyến có vận tốc dài nhỏ so với nó, gió thổi tới miền phương bắc không theo chiều bắc mà theo chiều Đông - Bắc Càng xa điểm xuất phát thành phần “phương đông” lớn nhiêu Đối với ngưòi quan sát mặt đất tượng trông thể có lực tác động từ phía tây phía đông Lực lực Coriolis Câu Sự hình thành, di chuyển bão áp thấp nhiệt đới nước ta a Giải thích chế hình thành bão Ở biết, ảnh hưởng hiệu ứng Coriolis Bắc bán cầu, gió thổi có xu hướng lệch phía đông Nước ta nằm Bắc bán cầu, vùng biển lực Coriolis làm cho gió bề mặt vùng xoáy có chiều ngược với kim đồng hồ.Các bão 22 Bắc bán cầu có dạng xoáy ngược chiều kim đồng hồ, Nam bán cầu ngược lại.Bây giải thích để làm rõ điều thông qua sơ đồ Bão gây tâm áp thấp biển tức có vùng áp suất thấp, không khí xung quanh chạy dồn đó, biến thành gió biển động Các mũi tên màu đỏ thị dồn tâm không khí Như ta nói vật thể chuyển động Trái Đất bán cầu Bắc chịu tác động lực Coriolis hướng sang bên phải, lực Coriolis tác động lên phần tử không khí có hướng mũi tên đen Chính xếp buộc không khí vừa chạy vào vừa bị kéo sang phải, khiến bão có dạng hình xoáy ngược chiều kim đồng hồ.Bão Nam bán cầu có dạng ngược lại, tức quay theo chiều kim đồng hồ b Hướng di chuyển bão, áp thấp nhiệt đới nước ta Chuyển động bão bao gồm hai dạng chuyển động thành phần khác Đó chuyển động xoáy gió bề mặt, có tốc độ gió biểu thị “sức gió” chuyển động tịnh tiến toàn vùng xoáy tốc độ di chuyển “mắt bão” có tốc độ biểu thị tốc độ di chuyển áp thấp nhiệt đới bão Hướng di chuyển tịnh tiến toàn vùng xoáy gọi hướng di chuyển bão Tại vùng biển Bắc bán cầu nước ta, ảnh hưởng hiệu ứng Coriolis sinh chuyển động tự quay Trái Đất, gió bề mặt vùng xoáy có chiều ngược với chiều kim đồng hồ (như nói mục a) Do đó, hầu hết bão có ảnh hưởng 23 đến vùng biển nước ta hình thành từ trung tâm Thái Bình Dương, vượt qua Philipin vào biển Đông Trừ vài trường hợp đặc biệt, bão (hoặc áp thấp nhiệt đới) có hướng di chuyển chủ đạo từ phía Đông(Đông Nam - Đông Bắc) sang phía Tây ( Tây Bắc - Tây Nam) Tại thời điểm tưởng tượng trãi đường thẳng qua tâm bão theo hướng di chuyển bão đường thẳng chia vùng bão thành hai nữa, “bên phải (nửa phía bắc, bão di chuyển từ Đông sang Tây) bên trái (nửa phía Nam) Ở bên phải tốc độ gió mạnh hơn, phạm vi ảnh hưởng gió mạnh hơn, mưa sóng biển dội so với bên trái Do đó, sức tàn phá bão phía Bắc mạnh Sở dĩ có tượng nửa bên phải, chiều gió xoáy trùng với chiều di chuyển bão nên tốc độ gió tổng cộng lớn Còn bên trái ngược lại,tàu thuyền nửa bên phải dễ bị vào vùng gần trung tâm nơi có sức tàn phá bão Tương tự vậy: tàu hỏa chạy theo hướng từ Nam Bắc đường ray bên phải bị nghiến mạnh Đường Bắc - Nam vậy, đường Ôtô từ Nam Bắc bánh bên phải làm đường bị lún nhiều hơn, từ Bắc vào Nam ngược lại Với lực coriolis, luồng gió Bắc bán cầu thổi lệch phía phải, nghĩa có khuynh hướng theo chiều kim đồng hồ Những dòng hải lưu theo chiều kim đồng hồ Tuy nhiên, lốc xoáy, dòng xoáy xả nước qua lỗ thoát nước lại ngược chiều kim đồng hồ * Chiều luồng gió, dòng hải lưu: Nhưng có vùng áp thấp, dòng chảy luồng gió chảy điểm Các luồng lệch phía tâm vùng áp thấp Khi luồng gió gặp tâm, chúng tương tác với để tạo thành dòng xoáy Khi dòng xoáy nho nhỏ hình thành, lường gió sau đó, lực coriolis làm lệch hướng tâm, lại thêm lực dòng xoáy hình thành trước tác động thêm Tác động dây chuyền làm cho dòng xoáy ngày lớn, mạnh Vì thế, gió theo chiều kim đồng hồ, lốc xoáy lại ngược chiều kim đồng hồ 24 [...]... a) Phép biến đổi toạ độ của hệ quy chiếu Thay hệ K và K’ toạ độ của chất điểm lần lượt là: M(x,y,z) và M’(x’,y’,z ), ta có phép biến đổi toạ độ là: x(t) = x’(t) + V 13 y(t) = y’(t) z(t) = z’(t) t = t’ Ba phương trình trên cũng là mối quan hệ giữa phương trình chuyển động trong hệ K và hệ K’ b) Phép biến đổi vận tốc Đạo hàm theo thời gian hệ phương trình (1 .2. 1) ta đuợc phương trình cộng vận tốc: vx(t)... b) Phép biến đổi vận tốc Đạo hàm theo thời gian hệ phương trình (1 .2. 1) ta đuợc phương trình cộng vận tốc: vx(t) = v’x(t) + V vy(t) = v’y(t) vz(t) = vz’(t) Nếu biểu diễn theo véctơ vận tốc, ta có công thức cộng vận tốc:    v  v 'V c) Công thức cộng gia tốc Đạo hàm theo thời gian (1 .2. 2) ta được: ay = a’y ay = a’y az = a’z Như vậy gia tốc trong hai hệ quy chiếu quán tính được bảo toàn Nếu K và K’... tác dụng lên vật đặt trong hệ quy chiếu mà không phụ thuộc vào vị trí vật trong hệ *) Hệ quy chiếu không quán tính quay  Giả sử hệ K’ quay quanh hệ K với vận tốc góc  (t ) Công thức cộng vận tốc của     Galilờ (1 .5. 1) được viết lại: V  V '  r (1 .6. 1)   dV d V ' d     (  r ) Đạo hàm theo thời gian (1 .6. 1) được: dt dt dt Để định luật Newton đúng trong trường hợp này thì trong tổng hợp... thường ta cần phải cộng thêm lực quán tính:    Fqt  m(  r ) Nhận thấy lực quán tính gồm hai lực:      F  m(  r )  m(  r ) 16  Số hạng thứ nhất của lực quán tính có đặc điểm: + Phương trùng phương tiếp tuyến + Chiều ngược chiều hướng tâm + Độ lớn bằng m  r (khi chất điểm chuyển động trên mặt phẩng vuông góc với trục quay) Lực này gọi là lực quán tính li tâm  Số hạng thứ hai của... chiều ngược với chiều kim đồng hồ (như đã nói ở mục a) Do đó, hầu hết các cơn bão có ảnh hưởng 23 đến vùng biển nước ta đều hình thành từ trung tâm Thái Bình Dương, vượt qua Philipin đi vào biển Đông Trừ một vài trường hợp đặc biệt, các cơn bão (hoặc áp thấp nhiệt đới) đều có hướng di chuyển chủ đạo là từ phía Đông(Đông Nam - Đông Bắc) sang phía Tây ( Tây Bắc - Tây Nam) Tại một thời điểm nào đó tưởng... = 5 chẳng hạn trong hệ khác Nhưng các định luật cơ hoc (không có ở điện học, quang học, ) mô tả không gian thì không thay đổi trong hệ qc quán tính II.Hệ quy chiếu không quán tính  Xét hệ quy chiếu O’ chuyển động thẳng đều với gia tốc A so với hệ quy chiếu O    Ta có: a  a '  A    Nhân 2 vế cho m: ma  ma '  mA    Hay: F  ma  m( A) (* )   Đối với hệ quy chiếu quán tính K ta có định... chịu tác dụng của lực ly trục quán tính ( hay còn gọi là lực ly tâm quán tính)  Vật chuyển động với vận tốc v : ngoài lực trên vật còn chịu tác động của lực Corilis Câu 2 Giải thích tại sao hành khách trong xe ngả về trước khi xe phanh gấp và ngả về sau khi xe tăng ga? + Khi phanh xe gia tốc của xe hướng về sau nên lực quán tính hướng về trước (ngược chiều với gia tốc của xe) tác dụng lên hành khách... trong hai hệ quy chiếu là như nhau, hay nói cách khác tính quán tính trong hai hệ quy chiếu quán tính được bảo toàn *) Quan niệm về thời gian, không gian, và thời gian chuyển động Trong cơ học cổ điển của Galilée ( ầu thế kỉ XVII), và vật lí học cổ điển của Iesac Newton, ( ầu thế kỉ XVIII): Không gian và thời gian là bất di bất dịch, là tuyệt đối 14 Theo Newton: Khối lượng và năng lượng tồn tại như hai... hệ quán tính không? Không ! Vì nó đang quay, nhưng nó quay chậm (1 vòng/ngày) đến mức ta coi nó như một hệ quán tính trong đời sống hàng ngày Vậy liệu có tồn tại một hệ quán tính hoàn toàn không ? Newton cho rằng có ! Ông nêu lên định đề về sự tồn tại của một "không gian tuyệt đối" đứng yên Các hệ chuyển động thẳng, đều (vận tốc không đổi) so với nó, cũng là hệ quán tính Các định luật cơ học đều được... gia tốc (thẳng đều hoặc đứng yên) so với một hệ quy chiếu quán tính khác thì cũng sẽ là hệ quy chiếu quán tính Nguyên lý Galileo phát biểu trong cơ học cổ điển coi mọi hiện tượng cơ học đều xảy ra như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính Sau này Albert Einstein mở rộng tính chất này và cho rằng tất cả các quá trình vật lý đều xảy ra như nhau trong hệ quy chiếu quán tính (lý thuyết tương đối hẹp) rồi