Trong cửa sổ in, hãy chọn “Lưu dưới dạng PDF” để giữ một bản trên thiết bị của bạn.
1Công thức và phương pháp
Động học
Vận tốc
v = v0 + a·t
Độ dời
s = v0·t + ½·a·t²
Không có thời gian
v² = v0² + 2·a·s
Đơn vị
1 m/s = 3,6 km/h
Phương pháp
Liệt kê những gì bạn biết: v₀, v, a, t và s, kèm đơn vị.
Chọn phương trình chứa ba đại lượng đã biết và ẩn số.
Chọn một chiều dương và gán dấu trừ cho các đại lượng ngược chiều.
Giải và kiểm tra xem đáp án có hợp lý về mặt vật lý không.
Các định luật Newton
Định luật hai
ΣF = m·a
Trọng lượng
W = m·g
Ma sát trượt
Ff = μ·N
Trên mặt dốc
dọc theo: m·g·sin θ, pháp tuyến: m·g·cos θ
Phương pháp
Vẽ sơ đồ vật thể tự do với mọi lực tác dụng lên vật.
Chọn một chiều dương dọc theo chuyển động.
Phân tích các lực thành thành phần dọc và vuông góc với chuyển động (trên mặt dốc: m·g·sin θ dọc theo, m·g·cos θ vuông góc vào mặt dốc).
Áp dụng ΣF = m·a dọc theo chuyển động; ma sát là μ·N ngược chiều chuyển động.
Chuyển động ném
Các thành phần
vx = v0cos θ, vy = v0sin θ
Vị trí
x = vxt, y = h + vyt − ½gt²
Độ cao cực đại
H = h + vy²/(2g)
Tầm xa (mặt đất bằng phẳng)
R = v0²·sin 2θ/g
Phương pháp
Phân tích vận tốc ban đầu thành các thành phần: vx = v₀·cos θ và vy = v₀·sin θ.
Chuyển động ngang có tốc độ không đổi; chuyển động thẳng đứng có gia tốc −g.
Tìm thời gian bay từ chuyển động thẳng đứng.
Dùng thời gian đó trong chuyển động ngang để tìm tầm xa.
Chuyển động tròn
Gia tốc hướng tâm
a = v²/r = ω²·r
Lực hướng tâm
F = m·v²/r
Tốc độ góc
ω = v/r = 2π/T
Đường cong phẳng, ma sát
vmax = √(μ·g·r)
Công và năng lượng
Động năng
Ek = ½mv²
Thế năng
Ep = mgh
Cân bằng năng lượng
Ek1 + Ep1 + W = Ek2 + Ep2 + losses
Công của lực ma sát
W = μ·N·d
Công suất
P = W/t
Động lượng và va chạm
Động lượng
p = m·v
Bảo toàn
Σm·v (before) = Σm·v (after)
Va chạm hoàn toàn không đàn hồi
v′ = (m1v1 + m2v2)/(m1 + m2)
Xung lượng
J = F·Δt = m·Δv
Phương pháp
Chọn một chiều dương và gán dấu cho từng vận tốc.
Viết tổng động lượng trước va chạm: Σm·v.
Với va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật chuyển động cùng nhau sau đó; với va chạm đàn hồi, động năng cũng được bảo toàn.
Cho động lượng trước bằng động lượng sau và giải.
Lò xo và con lắc
Vật nặng trên lò xo
T = 2π·√(m/k)
Con lắc
T = 2π·√(L/g)
Tần số góc
ω = √(k/m) = 2π/T
Tốc độ và gia tốc cực đại
vmax = A·ω, amax = A·ω²
Năng lượng
E = ½·k·A²
2Bài tập
1.Động họcTrung bình
Một chiếc ô tô chạy với vận tốc 50 km/h phanh với gia tốc chậm dần không đổi 7,5 m/s² cho đến khi dừng. Phanh mất bao lâu? Tìm t.
v₀ = 50 km/ha = −7,5 m/s²v = 0
t = s
2.Động họcKhó
Quả bóng A được thả từ trạng thái nghỉ ở độ cao 10 m. Cùng lúc đó quả bóng B được ném thẳng lên từ mặt đất ngay bên dưới với tốc độ 14 m/s. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Chúng gặp nhau ở độ cao y bao nhiêu so với mặt đất?
H = 10 mv0B = 14 m/sg = 9,81 m/s²
y = m
3.Các định luật NewtonTrung bình
Một vật 3 kg trượt xuống một mặt dốc nghiêng 25° so với phương ngang. Hệ số ma sát trượt là 0,15. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm gia tốc a của vật dọc theo mặt dốc.
m = 3 kgθ = 25°μ = 0,15g = 9,81 m/s²
a = m/s²
4.Các định luật NewtonKhó
Một khối được đẩy để nó bắt đầu trượt lên một dốc nghiêng 25° với tốc độ 4 m/s. Hệ số ma sát trượt là 0,2. Dùng g = 9,81 m/s². Nó trượt được bao xa d dọc theo dốc trước khi dừng?
v₀ = 4 m/sθ = 25°μ = 0,2g = 9,81 m/s²
d = m
5.Chuyển động némTrung bình
Một quả bóng được phóng từ mặt đất bằng phẳng hợp góc 60° so với phương ngang và rơi cách 65 m. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ phóng v0.
θ = 60°R = 65 mg = 9,81 m/s²
v0 = m/s
6.Chuyển động némKhó
Một quả bóng được ném từ mặt đất với tốc độ 21 m/s và hợp góc 45° so với phương ngang. Nó rơi xuống mái bằng của một tòa nhà cao 2 m, trên đường đi xuống. Bỏ qua sức cản không khí và dùng g = 9,81 m/s². Tìm khoảng cách theo phương ngang x từ điểm ném đến nơi nó rơi xuống.
v₀ = 21 m/sθ = 45°hroof = 2 mg = 9,81 m/s²
x = m
7.Chuyển động trònTrung bình
Một chiếc ô tô đi qua khúc cua phẳng bán kính 75 m. Hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,5. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ lớn nhất vmax mà ô tô có thể vào cua mà không bị trượt.
r = 75 mμs = 0,5g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
8.Chuyển động trònKhó
Một đường cong bán kính 150 m được nghiêng 25°, và hệ số ma sát nghỉ giữa lốp và mặt đường là 0,25. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ lớn nhất vmax mà ô tô có thể đi qua đường cong mà không bị trượt lên và văng ra ngoài.
r = 150 mθ = 25°μs = 0,25g = 9,81 m/s²
vmax = m/s
9.Công và năng lượngTrung bình
Một bộ phóng đồ chơi có lò xo thẳng đứng độ cứng 500 N/m. Một quả cầu 0,25 kg được đặt lên nó và lò xo bị nén 8 cm, rồi được thả ra. Bỏ qua sức cản không khí và khối lượng của lò xo, tìm độ cao h mà quả cầu bay lên, đo từ vị trí của nó khi lò xo bị nén.
m = 0,25 kgk = 500 N/mx = 8 cmg = 9,81 m/s²
h = m
10.Công và năng lượngKhó
Một khối 15 kg bắt đầu từ trạng thái nghỉ ở chân một dốc nghiêng 35° và bị kéo lên dốc bởi một lực không đổi 165 N song song với dốc. Hệ số ma sát trượt là 0,15. Tìm vận tốc v của khối sau khi nó đã đi được 3 m lên dốc.
Một ô tô 2000 kg đang chuyển động với tốc độ 12 m/s đâm vào một ô tô 1800 kg đang đứng yên và hai xe dính vào nhau. Động năng ΔK bị mất trong va chạm là bao nhiêu?
m1 = 2000 kgv1 = 12 m/sm2 = 1800 kgv2 = 0
ΔK = J
12.Động lượng và va chạmKhó
Một viên đạn 20 g được bắn theo phương ngang vào một khối 2 kg treo trên các sợi dây nhẹ dài 0,7 m, và nằm lại trong đó. Các sợi dây đung đưa ra góc lớn nhất 40° so với phương thẳng đứng. Dùng g = 9,81 m/s². Tìm tốc độ v của viên đạn trước khi va chạm.
m = 20 gM = 2 kgL = 0,7 mθ = 40°g = 9,81 m/s²
v = m/s
13.Lò xo và con lắcTrung bình
Một vật 3,9 kg trên lò xo có k = 330 N/m được kéo 11 cm theo chiều dương và thả từ trạng thái nghỉ tại t = 0. Tìm vận tốc v của nó tại t = 0,7 s (có dấu).
m = 3,9 kgk = 330 N/mA = 11 cmt = 0,7 s
v = m/s
14.Lò xo và con lắcKhó
Một vật 2,4 kg trên lò xo có k = 60 N/m được kéo lệch 18 cm khỏi vị trí cân bằng rồi thả ra. Tìm gia tốc lớn nhất amax của nó.
m = 2,4 kgk = 60 N/mA = 18 cm
amax = m/s²
3Dung dịch
1.Động học
Đáp số: t = 1,852 s
Chuyển động với gia tốc không đổi: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² và v² = v₀² + 2·a·s. Chọn phương trình chứa ba đại lượng bạn biết và đại lượng bạn muốn tìm, và giữ dấu nhất quán với một chiều dương.
Đơn vị
v₀ = 50/3,6 = 13,89 m/s
Thời gian phanh
0 = v₀ − a·t → t = v₀/a = 13,89/7,5 = 1,852 s
Đáp số
t = 1,852 s
2.Động học
Đáp số: y = 7,497 m
Motion with constant acceleration: v = v₀ + a·t, s = v₀·t + ½·a·t² and v² = v₀² + 2·a·s. Pick the equation that contains the three things you know and the one you want, and keep the signs consistent with one positive direction.
Thời điểm gặp nhau
Chiều lên là dương, mặt đất là y = 0.
10 − ½g·t² = 14·t − ½g·t² → t = 10/14 = 0,7143 s
Độ cao gặp nhau
y = 14·0,7143 − ½·9,81·0,7143² = 7,497 m
Đáp số
y = 7,497 m
3.Các định luật Newton
Đáp số: a = 2,812 m/s²
Định luật hai Newton: hợp lực tác dụng lên một vật bằng khối lượng nhân với gia tốc, ΣF = m·a. Vẽ sơ đồ vật thể tự do, chọn một chiều dương dọc theo chuyển động, và cộng mọi lực theo chiều đó: lực tác dụng, ma sát μ·N ngược chiều chuyển động, và các thành phần của trọng lực.
Newton’s second law: the net force on a body equals its mass times its acceleration, ΣF = m·a. Draw a free-body diagram, choose a positive direction along the motion, and add every force in that direction: applied forces, friction μ·N against the motion, and the components of gravity.
Gia tốc hãm
Cả hai lực đều hướng xuống dốc; khối lượng triệt tiêu.
a = 9,81·(sin 25° + 0,2·cos 25°) = 5,924 m/s²
Quãng đường
d = v₀²/(2a) = 4²/(2·5,924) = 1,35 m
Đáp số
d = 1,35 m
5.Chuyển động ném
Đáp số: v0 = 27,13 m/s
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Giải công thức tầm xa tìm v₀
v₀ = √(g·R/sin 2θ) = √(9,81·65/sin 120°) = 27,13 m/s
Đáp số
v0 = 27,13 m/s
6.Chuyển động ném
Đáp số: x = 42,86 m
Projectile motion: with no air resistance, x = vxt and y = h + vyt − ½gt². The two directions are independent except that they share the same time.
Phân tích vận tốc ban đầu
vx = 14,85 m/s, vy = 14,85 m/s
Thời gian để rơi xuống mái nhà
Nghiệm lớn hơn: quả bóng đang đi xuống.
2 = 14,85·t − 4,905·t²
t = (14,85 + √(14,85² − 2·9,81·2))/9,81 = 2,886 s
Khoảng cách theo phương ngang
x = vx·t = 14,85·2,886 = 42,86 m
Đáp số
x = 42,86 m
7.Chuyển động tròn
Đáp số: vmax = 19,18 m/s
Chuyển động tròn đều: một vật chuyển động với tốc độ v trên đường tròn bán kính r có gia tốc hướng vào tâm a = v²/r, nên cần một hợp lực hướng vào trong F = m·v²/r. Lực đó do một thứ có thật cung cấp: ma sát, lực căng, trọng lực hoặc phản lực pháp tuyến.
Ma sát cung cấp lực hướng tâm
m·v²/r = μ·m·g
v = √(μ·g·r) = √(0,5·9,81·75) = 19,18 m/s
Đáp số
vmax = 19,18 m/s (69,05 km/h)
8.Chuyển động tròn
Đáp số: vmax = 34,54 m/s
Uniform circular motion: an object moving at speed v on a circle of radius r accelerates towards the centre with a = v²/r, so it needs a net inward force F = m·v²/r. That force is supplied by something real: friction, tension, gravity or a normal force.
Các cân bằng lực
Ma sát hướng xuống dốc.
N·(sin θ + μ·cos θ) = m·v²/r
N·(cos θ − μ·sin θ) = m·g
Tốc độ
v = √(150·9,81·0,6492/0,8007) = 34,54 m/s
Đáp số
vmax = 34,54 m/s
(124,4 km/h)
9.Công và năng lượng
Đáp số: h = 0,6524 m
Nguyên lý công–năng: độ biến thiên động năng bằng công của mọi lực. Viết trọng lực và lò xo thành thế năng (mgh và ½kx²) biến nó thành một phương trình cân bằng: năng lượng ban đầu = năng lượng cuối + năng lượng mất do ma sát (μN·d).
Thế năng đàn hồi
x = 8 cm = 0,08 m
½kx² = ½·500·0,08² = 1,6 J
Độ cao
m·g = 0,25·9,81 = 2,453 N
h = ½kx²/(mg) = 1,6/2,453 = 0,6524 m
Đáp số
h = 0,6524 m
10.Công và năng lượng
Đáp số: v = 5,001 m/s
Nguyên lý công–năng: độ biến thiên động năng bằng công của mọi lực. Viết trọng lực và lò xo thành thế năng (mgh và ½kx²) biến nó thành một phương trình cân bằng: năng lượng ban đầu = năng lượng cuối + năng lượng mất do ma sát (μN·d).
Các lực dọc theo mặt dốc
m·g = 15·9,81 = 147,2 N
mg·sin θ = 84,4 N
μ·mg·cos θ = 18,08 N
Công–năng lượng
½mv² = (165 − 102,5)·3 = 187,6 J
v = √(2·187,6/15) = 5,001 m/s
Đáp số
v = 5,001 m/s
11.Động lượng và va chạm
Đáp số: ΔK = 68211 J
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Vận tốc chung
v′ = m1·v1/(m1 + m2) = 2000·12/3800 = 6,316 m/s
Động năng trước và sau
Kbefore = ½·2000·12² = 144000 J
Kafter = ½·3800·6,316² = 75789 J
Năng lượng mất đi
ΔK = 144000 − 75789 = 68211 J
Đáp số
ΔK = 68211 J
Năng lượng mất đi biến thành biến dạng, nhiệt và âm thanh.
12.Động lượng và va chạm
Đáp số: v = 181 m/s
Conservation of momentum: when no external force acts during a collision, the total momentum Σm·v before equals the total after. Velocities have a direction, so pick a positive direction and give velocities the other way a minus sign. In an elastic collision kinetic energy is conserved too; in a perfectly inelastic one the bodies stick together.
Độ nâng lên của khối
h = L·(1 − cos θ) = 0,7·(1 − cos 40°) = 0,1638 m
Tốc độ sau va chạm
V = √(2·9,81·0,1638) = 1,793 m/s
Va chạm
v = (m + M)·V/m = 2,02·1,793/0,02 = 181 m/s
Đáp số
v = 181 m/s
13.Lò xo và con lắc
Đáp số: v = −0,1571 m/s
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Tần số góc
ω = √(330/3,9) = 9,199 rad/s
ω·t = 9,199·0,7 = 6,439 rad
Vận tốc
v = −A·ω·sin(ω·t) = −0,11·9,199·sin(6,439) = −0,1571 m/s
Đáp số
v = −0,1571 m/s
14.Lò xo và con lắc
Đáp số: amax = 4,5 m/s²
Dao động điều hòa: một vật khối lượng m trên lò xo độ cứng k dao động với tần số góc ω = √(k/m) và chu kỳ T = 2π/ω = 2π·√(m/k). Một con lắc đơn chiều dài L có T = 2π·√(L/g). Với biên độ A, tốc độ lớn nhất là A·ω, gia tốc lớn nhất là A·ω² và năng lượng là ½·k·A².