Làm thế nào để bắt đầu lời giải bài toán trong Vật lý?

60

Làm thế nào để tham dự lời giải bài toán môn vật lý?
G. I. Rosenblat

Lời giải vật lý bài toán là một quá trình rất phức tạp. Nó đòi hỏi người giải phải có kiến ​​thức sâu về vật lý, khả năng phân tích bài toán và áp dụng đúng các định luật vật lý cũng như hệ quả của chúng đối với nó lời giải. Việc áp dụng kinh nghiệm của lời giải trước đó cho lời giải cho bài toán cho trước, thực hiện phân tích, đơn giản hóa, v.v. thường rất hữu ích.

Rất khó (hoặc thậm chí là không thể) để phát triển các số nguyên tố phổ quát cho lời giải bất kỳ bài toán vật lý nào. Tuy nhiên, một số quy tắc chung có thể được đề xuất để đảm bảo phần quan trọng nhất của lời giải, đó là việc lựa chọn các luật có thể áp dụng cho lời giải. Những quy tắc này, khi áp dụng cho các bài toán cơ học, sẽ được thảo luận sâu hơn trong bài viết.

Khi lời giải bài toán học sinh thường chọn luật này hoặc luật khác với lý do công thức của nó bao gồm các đại lượng có sẵn trong điều kiện bài toán. Cách tiếp cận này có thể dẫn đến những sai sót nghiêm trọng. Thực tế là mỗi định luật vật lý đều có những ranh giới và điều kiện áp dụng nhất định, tức là không phải lúc nào nó cũng có thể áp dụng được. Vì vậy, chẳng hạn, định luật bảo toàn động lượng chỉ có thể được áp dụng nếu đồng thời đáp ứng hai điều kiện: hệ báo cáo là quán tính và hệ các vật đang nghiên cứu là khép kín. Nếu ít nhất một trong các điều kiện này không được đáp ứng thì định luật bảo toàn động lượng không thể áp dụng cho lời giải bài toán. Vì vậy, trước khi áp dụng bất kỳ luật nào, cần phải kiểm tra xem các điều kiện áp dụng có đáp ứng hay không. Hơn nữa, đối với mỗi luật, có thể thiết lập một chuỗi câu hỏi nhất định cần được trả lời, tức là xây dựng “thuật toán nhận dạng” *). Vì vậy, đối với định luật bảo toàn động lượng, chuỗi câu hỏi sẽ như sau:

1. Hệ thống báo cáo có quán tính không?
2. Hệ thống các cơ thể đang nghiên cứu có khép kín không?
3. Có thể sử dụng cơ chế cổ điển được không?
4. Hệ thống đang được xem xét có đóng cửa không?
5. Các nội lực của hệ có được bố trí không?
6. Những phần nào của pháp luật của cơ chế để sử dụng?

*) Một thuật toán được gọi là một tập hợp các hành động được thực hiện theo thứ tự cố định cho lời giải bài toán thuộc một loại nhất định.

61

Hãy để chúng tôi giải thích bằng các nhiệm vụ cụ thể về cách sử dụng “kế hoạch” như vậy lời giải bài toán.

Bài toán 1. Một khối có độ cao h trượt nhanh theo sườn núi. Nửa khối nào, bên phải hay bên trái, ép vào núi mạnh hơn nếu bề mặt núi gồ ghề?

Phân tích. 1) Hệ quy chiếu được nối với Trái đất, nghĩa là nó gần như quán tính. 2) Tốc độ của khối rõ ràng là thấp hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng trong chân không và bản thân khối đó là một vật thể rắn vĩ mô - các định luật của cơ học cổ điển có thể được áp dụng. 3) Tất nhiên, khối không thể được coi là một điểm vật chất trong một bài toán nhất định, vì các điều kiện nói lên kích thước của nó và tính đến áp suất của các bộ phận riêng lẻ của nó - cần phải áp dụng các định luật về hình học và động học cho các vật thể mở rộng, trong trường hợp này - cho một vật thể cứng. 4) Hệ thanh Trái đất của các vật là khép kín, có thể áp dụng định luật bảo toàn động lượng. 5) Nội lực trong hệ - lực ma sát - không có thế năng nên không thể áp dụng định luật bảo toàn cơ năng.

Vì vậy, chúng tôi đã thiết lập những luật nào có thể được sử dụng cho lời giải và bài toán. Nhưng điều này không có nghĩa là tất cả các luật này cần phải được áp dụng. Không có định luật bảo toàn nào liên quan đến áp suất của các phần của khối, vì vậy bạn nên cố gắng giải bài toán, sử dụng

Hình 1.

Hình 2.

sử dụng diamics và động học cơ thể cứng nhắc.

Đã giải quyết và e. Khối chuyển động tịnh tiến nên lực bằng nhau của tất cả các lực tác dụng lên nó đi qua khối tâm của khối. Khối chịu tác dụng của lực hấp dẫn mg tác dụng lên tâm khối lượng, lực ma sát Ftr hướng lên trên dọc theo mặt phẳng nghiêng và phản lực đỡ N vuông góc với mặt phẳng nghiêng. Lực bằng nhau R của hai lực cuối tác dụng lên đáy khối cũng phải đi qua khối tâm của nó.

Nếu khối chuyển động đều thì tổng của tất cả các lực bằng 0, nghĩa là lực R có độ lớn bằng trọng lực của khối và hướng với nó theo cùng một đường thẳng (Hình 1). Do đó, lực R, và do đó là lực N, tác dụng lên điểm B, điểm này nằm bên dưới điểm O - điểm giữa của đáy khối. Theo định luật III Newton, lực ép của khối lên núi cũng tác dụng tại điểm B. Điều này có nghĩa là phần bên phải của khối ép mạnh hơn phần bên trái.

Nếu khối trượt với gia tốc thì lực bằng nhau của tất cả các lực sẽ hướng cùng hướng với gia tốc, tức là dọc theo mặt phẳng nghiêng. Điều này có nghĩa là lực R trong trường hợp này đã quay sang phải một góc nhất định (Hình 2). Chúng ta hãy vẽ hướng tác dụng gần đúng của lực này qua khối tâm; nó sẽ cắt mặt phẳng tại điểm A, đó là