Chất điểm là gì? Sự khác nhau giữa chất điểm và chất rắn?
Để mô tả chuyển động lên không gian của con tàu vũ trụ các nhà khoa học không vẽ nguyên hình con tàu vào giấy mà họ dùng chất điểm để biểu diễn? Vậy chất điểm là gì? Chất điểm được xác định như thế nào.
I. Chất điểm là gì?
Theo vật lý lớp 10 thì chất điểm là một khái niệm dùng để mô tả một vật có kích thước rất nhỏ so với khoảng không gian chứa nó. Ví dụ để khảo sát chuyển động của viên bi đang rơi tự do từ trên tầng cao xuống.
Người ta dùng chất điểm để khảo sát phương rơi, chiều chuyển động, vận tốc, thời gian rơi. Hoặc dùng để biểu diễn cho một vật có kích thước rất lớn để dễ dàng quan sát sự di chuyển, phương chiều của nó. Ví dụ máy bay đang cất cánh với vận tốc 300km/h người ta không thể vẽ nguyên hình dạng chiếc máy bay để khảo sát. Điều đó rất tốn thời gian và độ chính xác lại không cao.
1. Sự khác nhau giữa vật rắn và chất điểm
Vật rắn được xem như là một hệ chất điểm. Khi vật rắn chịu sự tác động của vật khác nhưng không có sự thay đổi quá lớn thì có thể coi vật là vật rắn tuyệt đối. Nghĩa là trong suốt quá trình vật chuyển động, hình dáng kích thước của vật sẽ không bị thay đổi.
Vật rắn tuyệt đối thường được xem là hệ chất điểm liên kết chặt chẽ với nhau. Như vậy dù vật rắn có chuyển động thì khối tâm của nó vẫn sẽ chuyển động như một chất điểm có khối lượng bằng với khối lượng vật rắn.
2. Cách xác định động học chất điểm như thế nào?
Sử dụng quỹ đạo để mô tả sự chuyển động của chất điểm. Quỹ đạo gồm tập hợp các vị trí mà chất điểm chuyển động tạo một đường quỹ đạo nhất định. Quỹ đạo này có thể là hình parabol, hình thẳng, hình cong..phụ thuộc vào tính chất chuyển động của vật.
Để xác định chiều chuyển động thì ta phải chọn vật làm mốc và thước đo. Vật được chọn có vị trí cố định. Ví dụ quỹ đạo rơi tự do là đường thẳng hướng từ trên xuống dưới. Chọn mốc là vị trí người đó thả viên bi. Sau đó chọn hệ trục tọa độ, thông thường người ta chọn hệ quy chiếu là trục Oxy. Một trục biểu diễn biểu diễn chiều chuyển động trên mặt phẳng ngang thường là trục Ox, trục còn lại biểu diễn sự chuyển động trong chiều đứng (chiều cao, độ sâu).
Thời gian và vận tốc chất điểm chuyển động được căn cứ vào mốc thời gian. Mốc thời gian là thời điểm bắt đầu đo thời gian. Nếu chọn mốc thời gian là thời điểm vật bắt đầu chuyển động thì thời gian vật chuyển động được tính bằng thời gian từ khi vật chuyển động đến khi vật dừng lại. Từ thời gian và quãng được vật di chuyển được ta tính được vận tốc chuyển động của chất điểm.
Cơ sở của động lực học được biểu diễn thông qua ba định luật của nhà vật lý học Newton, Theo định luật I- định luật quán tính: Một chất điểm đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, nếu đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều, Còn ở định luật III thì khi chất điểm 1 tác dụng lên chất điểm 2 một lục thì chất điểm 2 sẽ tác động lên chất điểm 1 với một lực cùng phương, ngược chiều và có cùng độ lớn.
3. Ưu điểm khi biểu diễn vật bằng chất điểm
Chất điểm giúp đơn giản hóa việc tính toán đối với những vật có kích thước lớn. Chất điểm là một ký hiệu giúp người nghiên cứu dễ quan sát sự chuyển động khi chất điểm được vẽ dưới một chấm nhỏ. Việc biểu diễn lực, phương chiều trên chất điểm cũng dễ dàng hơn rất nhiều khi ta đưa nguyên hình dạng của vật vào để khảo sát.
Chất điểm không chỉ dùng riêng cho ngành vật lý mà nó còn dùng trong ngành toán học, hóa học. Đôi khi sự di chuyển của phần tử chất nào đó quá nhanh không thể quan sát được thì người ta cũng dùng chất điểm để mô tả lại.
4. Ví dụ về sự khảo sát chuyển động của chất điểm trong vật lý?
Khảo sát viên bi khi được ném ngang. Khi đó phương, chiều, vận tốc bay và rơi tự do của viên bi được xác định bằng hệ trục tọa độ.
Trục Ox biểu diễn chiều bay xa của hòn bi, trục oy biểu diễn chiều cao rơi xuống của hòn bi. Quỹ đạo chuyển động của vật hình parabol. Chọn gốc thời gian từ lúc bắt đầu ném. Dựa vào phương trình parabol tương ứng với mỗi giá trị x sẽ có giá trị y xác định. Vận tốc ném ngang của chất điểm được tính dựa vào thời gian, gia tốc trọng trường và vận tốc ban đầu.
Bài viết nên đọc
Bài viết phổ biến
