CHƯƠNG 5: VẬT RẮN

Vật rắn có thể xem như một hệ chất điểm. Nếu sự biến dạng của vật khitương tác với các vật khác là nhỏ, bỏ qua được thì ta có thể coi vật là vật rắn tuyệtđối. Vật rắn tuyệt đối là vật mà khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ của nó không đổi.Nói cách khác, hình dạng của vật rắn không thay đổi trong quá trình chuyển động củanó.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
CHƯƠNG 5: VẬT RẮN CHƯƠNG 5: VẬT RẮN I. CHUYỂN ÐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘT TRỤC 1. Nhận xét 2. Mômen lực đối với một trục II. PHƯƠNG TRÌNH ÐỘNG LỰC HỌC CƠ BẢN CỦA CHUYỂN ÐỘNG QUAYIII. MÔMEN QUÁN TÍNH 1. Mật độ khối lượng 2. Biểu thức của mômen quán tínhIV. NĂNG LƯỢNG QUAY 1. Vật rắn quay quanh một trục cố định 2. Vật rắn trong trường hợp chuyển động tổng quát V. MÔMEN XUNG LƯỢNG VÀ SỰ BẢO TOÀN MÔMEN XUNG LƯỢNG 1. Mômen xung lượng của một chất điểm 2. Mômen xung lượng của một vật rắn quay quanh một trục 3. Ðịnh luật bảo toàn mômen xung lượng Vật rắn có thể xem như một hệ chất điểm. Nếu sự biến dạng của vật khitương tác với các vật khác là nhỏ, bỏ qua được thì ta có thể coi vật là vật rắn tuyệtđối. Vật rắn tuyệt đối là vật mà khoảng cách giữa hai điểm bất kỳ của nó không đổi.Nói cách khác, hình dạng của vật rắn không thay đổi trong quá trình chuyển động củanó. Vật rắn tuyệt đối thường được xem là hệ chất điểm liên kết chặt chẻ với nhau. Chuyển động của vật rắn được xác định bởi các ngoại lực đặt vào nó. Mộtchuyển động phức tạp của vật rắn có thể phân tích thành hai dạng chuyển động:chuyển động với quỹ đạo thẳng gọi là chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.Chuyển động tịnh tiến là chuyển động mà quỹ đạo mọi chất điểm trong vật rắn lànhững đường thẳng song song với nhau. Phương trình chuyển động tịnh tiến của vật rắn được rút ra từ đinh luật 2Newton viết cho toàn bộ các chất điểm mi của cả hệ có liên quan đến khối tâm C củahệ dưới dạng phương trình (4.7) ở chương 4. Như vậy, dù vật rắn có chuyển động bất kỳ thì khối tâm của nó cũìngchuyển động giống như một chất điểm có khối lượng bằng khối lượng của cả vậtrắn và chịu sự tác dụng của tổng tất cả các ngoại lực đặt vào vật rắn.I. CHUYỂN ÐỘNG QUAY CỦA VẬT RẮN QUANH MỘTTRỤC 1. Nhận xét TOP Khi vật rắn quay quanh một trục ( (nằm trong hay nằm ngoài vật rắn đó)thì mọi chất điểm mi trên vật rắn đều quay quanh trục ( với cùng một vận tốc góc( như nhau đồng thời có quỹ đạo là những đường tròn nằm trong mặt phẳng vuônggóc với trục quay. Tâm 0 của các vòng tròn đó nằm ngay trên trục quay. Bán kính ritính từ mi đến trục quay 0 thường là khác nhau vì vị trí của các chất điểm là khác nhau. Muốn vật rắn quay được, ta phải tác dụng lực lên vật rắn đó. Muốn lực đó cókhả năng làm quay vật thì lực đó không thể song song với trục quay mặc khác nó cũngkhông thể có giá đi qua trục quay. Ðể xét khả năng của lực làm quay một vật quanh một trục ta xét ví dụ sau:Một cánh cửa có thể quay quanh một trục thẳng đứng xuyên qua các bản lề. Lấy tayấn vào cửa ở gần trục quay thì ta thấy rằng phải ấn khá mạnh mới đẩy được cửa.Trái lại, nếu ấn vào cửa ở một chổ khá xa trục quay thì ta có thể đẩy cửa một cách dễdàng. Ðiều này chứng tỏ rằng khả năng làm quay vật của một lực phụ thuộc độ lớncủa lực và phụ thuộc vào khoảng cách giữa điểm đặt của lực đến trục quay (ta gọi đólà cánh tay đòn). Khả năng của lực làm quay một vật quanh một trục được đặc trưngbởi một đại lượng gọi là mômen lực đối với trục quay ấy. 2. Mômen lực đối với một trục TOP+ Mômen tổng hợp của các nội lựcII. PHƯƠNG TRÌNH ÐỘNG LỰC HỌC CƠ BẢN CỦA TOPCHUYỂN ÐỘNG QUAY Phương trình (5.10) được gọi là phương trình động lực học cơ bản của chuyểnđộng quay. Nó có dạng giống như phương trình của định luật 2 Newton. Ðem so sánh ta thấy trong chuyển động quay mômen lực đóng vai trò của lực,mômen quán tính đóng vai trò của khối lượng và gia tốc góc đóng vai trò của gia tốcdài. Từ đó ta thấy mômen quán tính của vật là số đo mức quán tính của vật trongchuyển động quay. Khái niệm mômen lực và mômen quán tính là dựa trên cơ sở sự quay của vậtrắn. Tuy nhiên, các đại lượng đó tồn tại không phụ thuộc vào sự quay. Chẳng hạn,một vật bất kỳ, quay hay đứng yên, đều có mômen quán tính xác định đối với một trụcbất kỳ cũng giống như vật có khối lượng không tuỳ thuộc vào trạng thái chuyển độnghay đứng yên của vật. Momen lực đối với một trục ( bất kỳ cũng tồn tại độc lập đốivới trường hợp vật quay quanh trục ( đó hay là đứng yên. Trong trường hợp vật đứngyên, mômen của lực xét đã được cân bằng bởi mômen của các lực khác tác dụng trênvật.III. MÔMEN QUÁN TÍNH 1. Mật độ khối lượng TOP Từ (5.9) ta thấy rằng mômen quán tính là đại lượng có tính cộng được tứclà mômen quán tính của vật là tổng các mômen quán tính của các phần tử tạo nên vật. Sự phân bố khối lượng trong các giới hạn của vật có thể được đặt trưngbởi một đại lượng gọi là mật độ khối lượng, Nếu vật có dạng đường thì biểu thức mật độ là : ...