-
- [Lồng tiếng] Chu kỳ và tần số
có nghĩa là gì?
-
Chu kỳ là số giây
-
cần thiết để một quá trình hoàn thành
-
toàn bộ chu trình, vòng tròn hoặc vòng quay.
-
Vì vậy, nếu có một quá trình lặp lại nào đó,
-
thời gian cho quá trình đó
thiết lập lại là khoảng thời gian,
-
và nó được đo bằng giây.
-
Tần số là số chu kỳ
-
hoặc vòng tròn, hoặc vòng quay
hoàn thành trong một giây.
-
Vì vậy, nếu có một số
quá trình lặp đi lặp lại,
-
số lần quá trình lặp lại
-
trong một giây sẽ là tần số.
-
Điều này có nghĩa là nó có đơn vị
là một trên giây,
-
cái vừa được gọi là hertz.
-
Và bởi vì chu kỳ
và tần số được xác định
-
theo cách nghịch đảo này là số giây trên mỗi chu kỳ
-
hoặc chu kỳ mỗi giây, mỗi chu kỳ
-
chỉ là nghịch đảo của cái kia.
-
Nói cách khác, chu kì chỉ bằng
-
một trên tần số, và
-
tần số bằng một trên chu kì
-
Một ví dụ về quá trình lặp lại
-
là một vật thể đang đi trong một
vòng tròn với tốc độ không đổi.
-
Nếu đúng như vậy, bạn có thể liên hệ
-
tốc độ, bán kính của vòng tròn,
-
và chu kỳ của chuyển động kể từ khi tốc độ
-
chỉ là khoảng cách trên
thời gian và khoảng cách
-
vật đó chuyển động trong
một chu kỳ là hai pi R
-
chu vi, tốc độ sẽ
-
chỉ hai pi R trên chu kì,
-
hoặc vì một trên
chu kỳ là tần số,
-
bạn có thể viết tốc độ như
hai pi R nhân tần số.
-
Vì thời gian không phải là một
vectơ nên các đại lượng này
-
không phải là vectơ và
chúng không thể âm.
-
Vậy, một ví dụ liên quan đến chu kì
-
và tần số trông như thế nào?
-
Giả sử mặt trăng di chuyển quanh một hành tinh
-
theo quỹ đạo tròn bán kính
R với tốc độ không đổi S.
-
Và chúng ta muốn biết rằng
chu kì và tần số
-
tính theo các đại lượng
-
và hằng số cơ bản cho trước, do đó
chúng ta sẽ sử dụng mối quan hệ
-
giữa tốc độ,
chu kỳ và tần số.
-
Ta biết rằng đối với vật chuyển động tròn đều
-
tốc độ là hai pi R trên chu kì đó.
-
Và điều đó có nghĩa là chu kì ở đây
-
sẽ bằng hai pi R trên tốc độ.
-
Và vì tần số là
một trên chu kì,
-
nếu chúng ta lấy một trên số lượng này
-
chúng ta chỉ cần lật phần trên và phần dưới
-
và chúng ta nhận được là
tốc độ trên hai pi R.
-
Nhưng chúng ta không thể bỏ quên
câu trả lời của chúng ta theo V.
-
Chúng ta đã phải nói rõ điều này theo
các điều kiện về số lượng đã cho.
-
Chúng ta đã được cho S, vì vậy
câu trả lời cho chu kỳ
-
phải bằng hai pi R trên
S, và tần số
-
nó sẽ là S trên hai pi R, bằng C.
-
Gia tốc hướng tâm là gì?
-
Gia tốc hướng tâm của một vật
-
chính là gia tốc gây ra
-
vật đó chuyển động tròn.
-
Và điều quan trọng cần lưu ý là
-
gia tốc
hướng tâm này luôn là điểm
-
hướng về phía tâm của vòng tròn.
-
Công thức để tìm
gia tốc hướng tâm
-
là bình phương tốc độ chia cho bán kính
-
của đường tròn mà vật đang chuyển động.
-
Mặc dù công thức này có
một chút kỳ lạ
-
về gia tốc, nhưng nó
vẫn là một gia tốc,
-
vì vậy nó vẫn có đơn vị là
mét trên giây bình phương,
-
và nó là một vector, có nghĩa là nó có
-
có một hướng, tức là hướng tới
tâm của vòng tròn.
-
Nhưng gia tốc hướng tâm này
-
không làm vật
tăng tốc hoặc giảm tốc độ.
-
Gia tốc hướng tâm
này chỉ thay đổi
-
hướng của vận tốc.
-
Nếu vật đi theo đường tròn
-
cũng đang tăng tốc hoặc chậm lại,
-
cũng phải có một thành phần
-
của gia tốc đó
tiếp tuyến với đường tròn,
-
Nói cách khác, nếu vật
-
đang đi một vòng tròn và tăng tốc,
-
phải có một
thành phần gia tốc
-
theo hướng của vận tốc,
-
và nếu vật chuyển động chậm lại,
-
phải có một
thành phần gia tốc
-
ngược chiều với vận tốc.
-
Vậy gia tốc hướng tâm
thay đổi hướng
-
của vận tốc và
gia tốc hướng tâm thay đổi
-
tầm quan trọng hoặc độ lớn của vận tốc.
-
Nhưng công thức này của V bình phương trên R
-
chỉ mang lại cho bạn tầm quan trọng
-
của gia tốc hướng tâm.
-
Điều này không tính đến
bất kỳ gia tốc tiếp tuyến nào.
-
Vì vậy, một bài toán
-
liên quan đến gia tốc hướng tâm
trông như thế nào?
-
Giả sử hạt A đang
chuyển động tròn
-
với vận tốc không đổi S và bán kính R.
-
Nếu hạt B chuyển động tròn
-
với vận tốc gấp đôi A
và gấp đôi bán kính của A,
-
tỉ số của gia tốc là bao nhiêu
-
của hạt A so với hạt B.
-
Vậy hạt A sẽ có
gia tốc hướng tâm
-
của bình phương tốc độ trên bán kính,
-
và hạt B cũng là
sẽ có gia tốc
-
bình phương của tốc độ, nhưng tốc độ này
-
là gấp đôi so với
tốc độ của hạt A,
-
và đang chuyển động tròn
-
có bán kính gấp đôi hạt A.
-
Khi chúng ta bình phương hai
chúng ta sẽ có bốn trên hai,
-
cho chúng ta hệ số gấp đôi tốc độ
-
của A bình phương trên bán kính của A.
-
Vì vậy, tỷ số của
gia tốc của hạt A
-
so với hạt
B sẽ là một nửa
-
kể từ khi gia tốc của hạt A
-
bằng một nửa gia tốc của hạt B.
-
Lực hướng tâm là
không phải là một loại lực mới,
-
lực hướng tâm chỉ là một loại
-
lực của bất kỳ lực nào khác
mà chúng ta đã gặp rồi
-
điều đó tình cờ hướng
vào tâm
-
của vòng tròn làm cho một
vật chuyển động tròn.
-
Vì vậy, để một mặt trăng quay quanh Trái đất,
-
trọng lực là lực hướng tâm.
-
Đối với một chiếc yo-yo đi vòng quanh trên một sợi dây,
-
lực căng là lực hướng tâm.
-
Đối với một vận động viên trượt ván đang thực hiện một vòng lặp điên cuồng,
-
lực pháp tuyến là lực hướng tâm.
-
Và đối với một chiếc ô tô đi vòng quanh bùng binh,
-
lực ma sát tĩnh
là lực hướng tâm.
-
Và những lực này vẫn
tuân theo định luật thứ hai của Newton,
-
nhưng sử dụng lực hướng tâm có nghĩa là bạn
-
cũng sẽ phải sử dụng biểu thức
-
đối với gia tốc hướng tâm.
-
Bây giờ, nếu một lực
hướng xuyên tâm vào trong
-
về phía tâm đường tròn,
-
bạn sẽ coi lực đó là dương
-
vì nó chỉ về cùng một hướng
-
như gia tốc hướng tâm.
-
Và nếu một lực hướng hướng ra ngoài
-
từ tâm vòng tròn,
-
bạn sẽ coi đó là một lực âm.
-
Và nếu lực được hướng tới
tiếp tuyến với đường tròn,
-
bạn sẽ không đưa nó vào
phép tính này chút nào .
-
Bạn có thể tính đến những lực đó theo cách riêng của chúng
-
Phương trình định luật thứ hai của Newton,
-
nhưng bạn sẽ không sử dụng V bình phương trên R
-
cho gia tốc đó.
-
Các lực tiếp tuyến đó thay đổi
tốc độ của vật,
-
nhưng lực hướng tâm thay đổi
-
hướng của vật.
-
Vì vậy, một bài toán liên quan đến
-
lực hướng tâm có dạng như thế nào?
-
Hãy tưởng tượng một quả bóng có khối lượng M lăn qua
-
đỉnh của ngọn đồi với
bán kính R và vận tốc S.
-
Và chúng tôi muốn biết, trên đỉnh đồi,
-
độ lớn của lực pháp tuyến
-
tác động lên quả bóng trên đường là bao nhiêu.
-
Vì vậy, chúng ta sẽ vẽ sơ đồ lực.
-
Sẽ có một lực pháp tuyến hướng lên
-
trên quả bóng trên đường, và đây là
-
sẽ là một lực hấp dẫn hướng xuống
-
trên quả bóng từ
Trái đất, và hai lực này
-
sẽ không bằng nhau và ngược chiều.
-
Nếu chúng bằng nhau và ngược chiều
-
chúng sẽ cân bằng, và
nếu các lực cân bằng
-
vật sẽ duy trì vận tốc của nó
-
và tiếp tục di chuyển theo một đường thẳng.
-
Nhưng quả bóng này không
đi theo đường thẳng,
-
nó bắt đầu tăng tốc đi xuống.
-
Vì vậy lực pháp tuyến này
sẽ phải nhỏ
-
hơn lực hấp dẫn.
-
Để tìm ra ít hơn bao nhiêu, chúng ta có thể sử dụng
-
Định luật II Newton với công thức
-
cho gia tốc hướng tâm.
-
Vận tốc là S, bán kính là R,
-
lực hấp dẫn
sẽ là
-
lực hướng tâm dương vì
nó hướng về
-
tâm của vòng tròn.
-
Lực pháp tuyến sẽ là
lực hướng tâm âm
-
vì nó được hướng triệt để ra xa
-
tâm của vòng tròn.
-
Sau đó, chúng ta chia cho khối lượng, cái mà,
-
nếu bạn giải quyết điều này bằng lực pháp tuyến,
-
cho bạn lực hấp dẫn
-
trừ M, S bình phương trên
R, điều đó có ý nghĩa
-
vì lực pháp tuyến này phải nhỏ hơn
-
hơn lực hấp dẫn.
-
Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton
phát biểu rằng
-
mọi khối lượng trong vũ trụ
đều hút, tức là hút
-
mọi khối lượng khác trong vũ trụ
-
với lực hấp dẫn.
-
Và lực này tỷ lệ thuận
-
với mỗi khối lượng và tỉ lệ nghịch
-
với bình phương
khoảng cách từ tâm đến tâm
-
giữa hai khối lượng.
-
Ở dạng toán học, nó chỉ nói
-
rằng lực hấp dẫn
bằng G lớn,
-
một hằng số là 6,67
nhân 10 mũ âm 11
-
nhân với mỗi khối lượng tính bằng kilôgam,
-
rồi chia cho
khoảng cách từ tâm đến tâm
-
giữa hai khối lượng, nói cách khác,
-
không phải khoảng cách từ bề mặt đến bề mặt,
-
nhưng khoảng cách từ tâm đến tâm.
-
Và ngay cả khi hai vật này
có khối lượng khác nhau
-
thì độ lớn của lực
-
mà chúng tác động lên nhau
sẽ bằng nhau.
-
Điều này được minh họa bằng công thức
-
vì bạn có thể hoán đổi hai khối lượng này
-
và bạn nhận được cùng một số.
-
Và đó cũng là điều chúng ta
biết từ định luật thứ ba của Newton.
-
Lực hấp dẫn này là một vectơ
-
và nó có một hướng,
hướng đó luôn thu hút
-
mọi khối lượng khác,
-
và vì đây là một lực,
đơn vị tính bằng Newton.
-
Vì vậy, một ví dụ liên quan đến
-
Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton
trông như thế nào?
-
Giả sử hai khối lượng đều có khối lượng M,
-
tác dụng lực hấp dẫn
F lên nhau.
-
Nếu đổi một trong các khối lượng
thành khối lượng 3M
-
và khoảng cách giữa tâm và tâm
-
khối lượng tăng gấp ba,
-
lực hấp dẫn sẽ là bao nhiêu?
-
Chúng ta biết lực hấp dẫn
-
luôn là G lớn nhân với một
khối lượng
-
nhân cho khối lượng khác chia
cho bình phương
-
khoảng cách giữa tâm và tâm.
-
Vậy lực ban đầu
giữa hai khối lượng
-
sẽ G lớn nhân M nhân M trên R bình phương,
-
nhưng lực mới với
những giá trị thay đổi sẽ là
-
G lớn nhân 3 lần M chia
-
gấp ba lần bán kính bình phương .
-
Hệ số ba bình phương ở phía dưới
-
được chín, và ba chia cho chín
-
là một trên ba lần
G lớn M M lớn trên R bình phương.
-
Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng
lực có giá trị mới
-
bằng 1/3 lực có giá trị cũ.
-
Trường hấp dẫn nghĩa là gì?
-
Trường hấp dẫn
chỉ là một từ khác
-
của gia tốc
trọng trọng trường ở gần một vật.
-
Bạn có thể hình dung một trường hấp dẫn
-
dưới dạng vectơ chỉ
hướng tâm về phía một khối lượng.
-
Tất cả cáckhối lượng tạo ra một
trường hấp dẫn
-
hướng thẳng về phía chúng và tắt dần như
-
một trên R bình phương khi bạn càng
rời xa chúng.
-
Vì vậy, công thức của
trường hấp dẫn G bé
-
tạo ra bởi khối lượng M bằng G lớn nhân
-
khối lượng tạo ra trường
chia cho khoảng cách
-
từ tâm
khối lượng đến điểm
-
mà bạn đang cố gắng xác định
giá trị của trường.
-
Và một lần nữa, giá trị cho
trường hấp dẫn
-
sẽ bằng với giá trị
-
về gia tốc do trọng lực
-
của vật đặt tại điểm đó.
-
Trường hấp dẫn là một vectơ
-
vì nó có hướng,
tức là hướng về tâm
-
của vật tạo ra nó.
-
Và vì trường hấp dẫn
tương đương
-
với gia tốc trọng trường,
-
đơn vị là mét trên giây bình phương,
-
nhưng bạn cũng có thể viết
đó là newton trên kilogam,
-
đó là một cách nghĩ khác
về ý nghĩa
-
của trường hấp dẫn.
-
Nó không chỉ là
gia tốc do trọng lực
-
của một vật được đặt tại điểm đó,
-
nhưng đó là độ lớn của
lực hấp dẫn
-
tác dụng lên vật có khối lượng M đặt tại điểm đó.
-
Vì vậy, bạn có thể nghĩ đến
trường hấp dẫn
-
như đo lượng
lực hấp dẫn
-
trên mỗi kilogam tại một điểm trong không gian,
-
mà khi sắp xếp lại sẽ cho bạn
công thức quen thuộc
-
rằng lực hấp dẫn
chỉ bằng M nhân G.
-
Vì vậy, một bài toán ví dụ liên quan đến
-
trường hấp dẫn trông như thế nào?
-
Giả sử một hành tinh
giả thuyết X có
-
khối lượng gấp ba lầnTrái Đất và
bán kính bằng một nửa Trái Đất.
-
Gia tốc trọng trường trên
hành tinh X sẽ
-
là bao nhiêu, tức là trường hấp dẫn
-
trên hành tinh X, xét về gia tốc
-
do lực hấp dẫn trên Trái đất, đó là GE.
-
Vì vậy, chúng ta biết rằng
trường hấp dẫn trên trái đất
-
phải lớn gấp G lần khối lượng Trái đất
-
trên bán kính Trái đất bình phương,
-
cái mà chúng ta gọi là G thay thế E, và
-
trường hấp dẫn
trên hành tinh X sẽ là
-
G lớn gấp ba lần
khối lượng của trái đất
-
chia cho một nửa bán kính
của Trái Đất bình phương,
-
và khi chúng ta bình phương hệ số này của một nửa
-
chúng ta sẽ nhận được 1/4, cái mà
nằm trong mẫu số,
-
vậy ba chia cho một
1/4 lớn gấp 12 lần G lớn
-
khối lượng của Trái đất trên
bán kính Trái Đất bình phương,
-
và vì toàn bộ số hạng này
là gia tốc
-
do lực hấp dẫn trên Trái Đất,
gia tốc do
-
trọng lực trên hành tinh
X sẽ là 12 lần
-
gia tốc do trọng lực trên Trái Đất.
-
Thỉnh thoảng khi bạn đang giải quyết
vấn đề về lực hấp dẫn,
-
bạn sẽ được cung cấp khối lượng riêng
thay vì khối lượng.
-
Khối lượng riêng là
khối lượng trên một thể tích
-
cho một vật liệu nhất định.
-
Kí hiệu khối lượng riêng
là chữ cái Hy Lạp rho,
-
và bạn có thể tìm thấy nó bằng cách lấy khối lượng
-
chia cho thể tích.
-
Vì vậy, đơn vị của khối lượng riêng là
kg trên mét khối.
-
Và nó không phải là một vector
vì nó không có phương hướng,
-
nhưng nó cho phép bạn giải quyết khối lượng.
-
Nếu bạn biết khối lượng riêng bạn có thể nói
-
rằng khối lượng là
khối lượng riêng nhân với thể tích.
-
Vì vậy, một bài toán ví dụ
liên quan đến khối lượng riêng trông như thế nào?
-
Hãy thử giả thuyết
vấn đề hành tinh một lần nữa,
-
nhưng lần này thay vì nói
-
hành tinh X đó nặng ba
lần khối lượng Trái Đất,
-
giả sử hành tinh X có ba lần
-
khối lượng riêng của Trái đất và
một lần nữa, một nửa bán kính Trái đất.
-
Gia tốc trọng trường
-
trên hành tinh X sẽ bằng bao nhiêu
-
so với gia tốc trọng trường trên Trái đất GE.
-
Chúng ta có thể viết công thức
-
cho gia tốc trọng trường
hoặc trường hấp dẫn,
-
bằng G M lớn trên R bình phương,
-
nhưng lần này chúng ta không biết khối lượng,
-
chúng ta chỉ biết khối lượng riêng,
vì vậy chúng tôi muốn viết lại
-
công thức này xét về khối lượng riêng,
-
cái mà chúng ta có thể làm bằng cách viết lại
M bằng rho nhân V,
-
vì khối lượng riêng là khối lượng trên thể tích,
-
và khối lượng là khối lượng riêng nhân với thể tích.
-
Nhưng chúng ta không biết
thể tích của hành tinh này,
-
chúng ta chỉ biết bán kính, vì vậy
chúng ta cần viết lại thể tích
-
xét theo bán kính, điều mà chúng ta có thể làm
-
vì các hành tinh có hình cầu
và thể tích của một quả cầu
-
bằng bốn phần ba pi R mũ ba.
-
Chúng ta có thể thay thế biểu thức này
-
về khối lượng và
cuối cùng có được một biểu thức
-
cho sự tăng tốc
do trọng lực của G lớn
-
nhân rho bốn phần ba pi R
mũ ba chia cho R bình phương.
-
Và chúng ta có thể rút R bình phương
ở trên và dưới,
-
để lại G nhỏ này
bằng G lớn
-
rho bốn phần ba pi R.
-
Vì vậy, gia tốc
hấp dẫn trên Trái đất
-
sẽ là G lớn rho của Trái đất bốn phần ba pi
-
nhân bán kính Trái Đất.
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-