Sách toán khoa học

Từ testwiki
Bước tới điều hướng Bước tới tìm kiếm

Lực và Chuyển động

Định luật Newton

Các định luật về Chuyển động của Newton là một hệ thống gồm 3 định luật đặt nền móng cơ bản cho cơ học cổ điển. Chúng mô tả mối quan hệ giữa một vật thể và các lực tác động cũng như chuyển động của vật thể đó. Các định luật đã được diễn giải theo nhiều cách khác nhau trong suốt 3 thế kỷ sau đó.


F = 0 Không có lực tương tác , không có chuyển động Vật sẽ đứng yên
F≠ 0 Lực tương tác với vật tạo ra chuyển động Vật sẽ di chuyển
Σ F = 0 Tổng lực trên vật bằng không, vật ở trạng thái cân bằng Vật ở trạng thái cân bằng

Chuyển động tạo ra từ 1 lực

Mọi chuyển động đều có các tính chất sau

Tính Chất Chuyển Động Định nghỉa Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Đường dài đường dài di chuyển s s m
Thời gian Thời gian di chuyển t t s
Vận tốc Tốc độ di chuyển v st m/s
Gia tốc Thay đổi tốc độ theo thay đổi thời gian a vt m/s2
Lực Sức dùng để thực thi một việc F ma N
Năng lực khả năng thực thi một việc của lực W Fs N m
Năng lượng khả năng thực thi một việc của lực theo thời gian E Wt N m/s
Chuyển động thẳng

Chuyển động thẳng đại diện cho mọi chuyển động theo đường thẳng không có thay đổi hướng.

Tính chất chuyển động thẳng

Mọi chuyển động thẳng di chuyển từ điểm (to,vo) đến điểm (t,v) sẽ có gia tốc khác không tính bằng

a=ΔvΔt=vvotto

Vậy, Vận tốc di chuyển

v=vo+aΔt

Đường dài di chuyển được tính bằng diện tích dưới hình v-t

s=voΔt+Δv2Δt
s=Δt(vo+Δv2)
s=Δt(vo+aΔt2) . Với Δv=aΔt
s=Δt(vaΔt2) . Với vo=vaΔt
s=(vvoa)(2vo+vvo2)=v2vo22a . Với Δt=vvoa

Từ trên

v2=vo2+2as


Chuyển động thẳng ở Gia tốc khác không
a=ΔvΔt=vvotto
v=vo+aΔt
s=Δt(vo+Δv2)=Δt(vo+aΔt2)=Δt(vaΔt2)=v2vo22a


a=ΔvΔt=vvotto=v0t0=vt
v=at
s=12vt


a=ΔvΔt=vvot0=Δvt
v=vo+at
s=t(vo+Δv2)
Chuyển động thẳng ở Gia tốc bằng không
a=ΔvΔt=vvotto=0
v=vo
s=vot
Chuyển động thẳng ở Gia tốc là một hằng số không đổi
a=g
v=gt
s=gt2
Công thức tổng quát Chuyển động thẳng
  • Chuyển động thẳng nghiêng
Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Gia tốc a ΔvΔt=vvotto m/s2
Vận tốc v vo+aΔt m/s
Đường dài s Δt(vo+Δv)=Δt(vo+aΔt)=Δt(vaΔt)=v2vo22a m
Lực F ma=mΔvΔt N
Năng lực W Fs=FΔt(vo+Δv) N m
Năng lượng E Wt=F(vo+Δv) N m/s
  • Chuyển động thẳng ngang
Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Gia tốc a vot m/s2
Vận tốc v vo m/s
Đường dài s vot m
Lực F mvot N
Năng lực W Fvot N m
Năng lượng E Fvo N m/s
  • Chuyển động thẳng dọc
Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Gia tốc a g m/s2
Vận tốc v gt m/s
Đường dài s gt2 m
Lực F mg N
Năng lực W mgh N m
Năng lượng E mght N m/s
Chuyển động cong

Chuyển động cong đại diện cho chuyển động không đều có thay đổi hướng di chuyển . Chuyển động cong có gia tốc biến đổi không đều theo thời gian

Tính chất

Vận tốc chuyển động

v=v(t)

Gia tốc chuyển động

a=v(t+Δt)v(t)(t+Δt)t=Δv(t)Δt

Đường dài chuyển động được tính bằng diện tích dưới hình v - t

s=v(t)Δt+Δv(t)2Δt=[v(t)+Δv(t)2]Δt

Khi Δt>0

Vận tốc chuyển động

v=v(t)

Gia tốc chuyển động

a(t)=limΔt0Δv(t)Δt=ddtv(t)=v'(t)

Đường dài chuyển động

s(t)=limΔt0(v(t)+Δv(t)2)Δt=v(t)dt=V(t)+C
Công thức tổng quát
Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Gia tốc a ddtv(t) m/s2
Vận tốc v v(t) m/s
Đường dài | s v(t)dt m
Lực F mddtv(t) N
Năng lực W Fv(t)dt N m
Năng lượng E Ftv(t)dt N m/s
Chuyển động quay tròn

Với mọi chuyển động quay tròn của đường dài 2π

Tính chất

Đường dài

s=2π

Vận tốc

v=st=2πt=2πf=ω

Gia tốc

a=vt=ωt
Công thức tổng quát
Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Đường dài s 2π m
Thời gian t t s
Vận tốc v 2πt=2πf=ω m/s
Gia tốc a ωt m/s2
Lực F ma=mωt N
Năng lực W Fs=Pv=pω N m
Năng lượng E Wt=Pa=pωt N m/s
Chuyển động xoay tròn
Tính chất
α=ΔωΔt=ωωotto
Δt=Δωα=ωωoα
ω=ωo+αΔt
θ=Δt(ωo+Δω2)=Δt(ωo+αΔt22)=Δt(ωαΔt22)=ω2ωo22α
ω2=ωo2+2αθ

Đường dài

s=rθ

Vận tốc

v=st=rθt=rω

Gia tốc hướng tâm

a=vt=rωt=rα

Gia tốc ly tâm

a=v2r=(rω)2r=rω2


Công thức tổng quát
Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Đường dài s rθ m
Thời gian t t s
Vận tốc v rθt=rω m/s
Gia tốc a rωt=rθ m/s2
Lực F ma=mrθ N
Năng lực W pv=prω N m
Năng lượng E pa=prωt N m/s
Chuyển động sóng sin
Tính chất

Nghiệm số sóng sin

f(t)=Asinωt

Thỏa mản hàm số sóng đạo hàm bậc n

fn(t)=βf(t)
afn(t)+bf(t)=0

Sao cho

ω=βn
β=ba
n ≥ 2

Đường dài sóng

s=kλ

Vận tốc sóng

v=kλt=kλf=kω

Gia tốc sóng

a=kωt
Công thức tổng quát
Đường dài s=kλ
Thời gian t
Vận tốc v=kλt=kλf=kω
Chu kỳ Thời gian T=1t=f
Số sóng k=sλ=vω
Vận tốc góc ω=λf=vk
Bước sóng λ=ωf=ωt=sk
Tần số sóng f=ωλ=vkλ=1t
Phương trình sóng d2dt2f(t)=βf(t)
Hàm số sóng f(t)=Asinωt
Vận tốc góc ω=β=λf=sk

Chuyển động tạo ra từ nhiều lực trong cân bằng

Chuyển động tự do của vật không bị cản trở

Di chuyển tự do trên mặt đất
O →
F=mvt=pt
p=mv=Ft
v=Ftm=pm
Di chuyển tự do rơi xuống đất
O
Fg=mg=mMGh2
h=mMGF
g=MGh2
Di chuyển tự do lơ lửng trên không trung
Fp=Fg
mvt=mg
a=g=MGh2
h=MGa
v=gt
t=vg


Wp=Wg
mv22=mgh
v=2gh
d=v22g
Di chuyển tự do theo quỹ đạo vòng tròn lơ lửng trong không trung
Fr=Fg
mvr=mg
v=gr
r=gv


Wr=Wg
mv2r=mgh
v=rgh
h=v2rg

Chuyển động tự do của vật bị cản trở

Trên mặt đất bị lực ma sát cản trở
Fμ=Fp
μFN=mvt
v=μFNtm
v=mvμFN


Wμ=Wp
μFNd=mgh
d=mghμFN
h=μFNdmg
Theo hình cong rơi xuống đất
F=Fp+Fg=Fpi+Fgj
Fθ=Fp2+Fg2Tan1FgFp
Fp=mvt=Fcosθ
Fg=mg=Fsinθ
F=Fpcosθ=Fpsecθ=mvtsecθ
F=Fgsinθ=Fgcscθ=mgcscθ
θ=cos1FpF=cos1mvtF
θ=sin1FgF=cos1mgF
Theo hình cong lên đỉnh và rơi xuống đất

Chuyển động điện tích

Chuyển động lực động điện của điện tích
FQ=QE=QVl=Wl
W=QV=FQl
U=Wt=QVt=FQlt=IV=FQv
E=FQQ=Vl
l=WFQ
v=lt=WFQt=UFQt
t=lv=WU
Chuyển động lực động từ của điện tích

Chuyển động thẳng hàng của điện tích

FB=±QvB=QItB=QlB
W=FBl=Ql2B
U=Wt=Ql2Bt
l=FBIB
v=FBQB
t=lv=QI

Chuyển động theo đường tròn của điện tích

FB=Fr
QvB=mv2r
v=QmBr
r=mv2QB
Chuyển động lực điện từ của điện tích
FEB=FE+FB=QE±QvB=Q(E±vB)
lθ=lE2+lB2tan1lBlE
lE=QVFE
lB=FBIB
Chuyển động lực hút điện tích khác loại
FQ=kQ+Qr2=kQ2r2 Với Q+=Q
E=FQQ=kQr2
W=Edr=kQr
U=Wt=kQrt
r=kQ2FQ
Bán kín Bohr
Qe=e
Qpn=Ze


FQ=Fr
kZe2r2=mv2r
r=kZe2mv2


ph=pr
nh=2πmvr
v=nmr


r=kZe2m(nmr)2
Vạch sáng
ΔE=EnEn1=nhf=nhCλ
f=ΔEnh
1λ=ΔEnhC

Động lượng

Chuyển động ở vận tốc dưới vận tốc ánh sáng

Fp=mvt=pt
p=mv=Ft
v=Ftm=pm

Chuyển động ở vận tốc bằng hay gần bằng vận tốc ánh sáng

Chuyển động ở vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng

Fp=ptγ
γ=11v2/c2

Chuyển động ở vận tốc bằng vận tốc ánh sáng

Fp=hC=(pλ)(fλ)=ptλ2

Công thức tổng quát

Chuyển động ở vận tốc dưới vận tốc ánh sáng

Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Đường dài s vt m
Thời gian t t s
Vận tốc v v m/s
Gia tốc a vt m/s2
Lực F ma=mvt=pt N
Năng lực W Fs=pts=pv N m
Năng lượng E Wt=pvt=pa N m/s

Chuyển động ở vận tốc bằng vận tốc ánh sáng

Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Đường dài s Ct m
Thời gian t t s
Vận tốc v C=λf m/s
Gia tốc a Ct m/s2
Lực F hC=ptλ2 N
Năng lực W pC=hf N m
Năng lượng E Wt=pCt N m/s


Chuyển động ở vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng

Tính Chất Chuyển Động Ký Hiệu Công Thức Đơn vị
Đường dài s γCt m
Thời gian t t s
Vận tốc v γC m/s
Gia tốc a γCt m/s2
Lực F γpt N
Năng lực W γpv N m
Năng lượng E γpa N m/s

Dao động sóng sin

Dao động sóng ngang dọc nghiêng

Dao động sóng Hình Công thức Phương trình dao động sóng Hàm số sóng
Dao động lò xo lên xuống
Fa=Fy
ma=ky
d2dt2y=kmy
y=Asin(ωt)
ω=km
d2dt2y=kmy y=Asin(ωt)
ω=km

Dao động lò xo qua lại


Fa=Fx
ma=kx
d2dt2x=kmx
x=Asin(ωt)
ω=km

d2dt2y=kmx

x=Asin(ωt)
ω=km

Dao động con lắc đong đưa


d2dt2θ=lgθ
ω=lg

d2dt2θ=lgθ

θ=Asinωt
ω=lg

Dao động sóng điện

Mạch điện với R≠0

Mạch điện với R,C,L≠0

Ỏ trạng thái cân bằng

VL+VC+VR=0
Ld2idt2+1Cidt+iR=0
d2idt2+RLdidt+1LCi=0
d2idt2=R2Ldidt1LCi
d2idt2=2αdidtβi

Nghiệm phương trình

Một nghiệm thực . α=β . i=Aeαt=A(α)
Hai nghiệm thực . α>β . i=Ae(α±λ)t
Hai nghiệm phức . α<β . i=Ae(α±jω)t=A(α)sinωt
A(α)=Aeαt
ω=βα
λ=αβ
β=1T=1LC
α=βγ=R2L
T=LC
γ=RC

Ở trạng thái đồng bộ

R,C,L≠0
ZC=ZL . Zt=R
i(ω=0)=0
i(ω=ωo)=vR
i(ω=00)=0
ωo=1T
T=LC

Mạch điện với R=0

Với R=0 mạch điện RLC nối tiếp trở thành mạch điện LC nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng

VL+VC=0
Ld2idt2+1Cidt=0
d2idt2+1LCi=0
d2idt2=1Ti
i=Ae1Tt=Ae±jωt=Asinωt
ω=1T
T=LC

Ở trạng thái đồng bộ

ZC=ZL . VC=VL
v(θ)=Asin(ωot+2π)Asin(ωot2π)
ωo=±j1T
T=LC

Mạch điện với L=0

Với L=0 mạch điện RLC nối tiếp trở thành mạch điện RC nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng

vC+vR=0
Cdvdt+vR=0
dvdt=1T
dvv=1Tdt
dvv=1Tdt
Lnv=1Tt+c
v=e1Tt+c=Ae1Tt
T=RC

Mạch điện với C=0

Với C=0 mạch điện RLC nối tiếp trở thành mạch điện RL nối tiếp

Ở trạng thái cân bằng

vL+vR=0
Ldidt+iR=0
didt=1T
dii=1Tdt
div=1Tdt
Lni=1Tt+c
i=e1Tt+c=Ae1Tt
T=LR

Dao động sóng điện từ

Sóng điện từ

Phương trình vector dao động điện từ

E=0
×E=1TE
B=0
×B=1TB
T=μϵ

Phương trình sóng

2E=βE
2B=βB

Hàm số sóng

E=Asinωt
B=Asinωt
ω=1T=C=λf