Bài giảng Vật lí đại cương 2 - ĐH Phạm Văn Đồng

YăBANăNHÂNăDÂNăT NHăQU NGăNGÃI<br /> TR<br /> <br /> NGăĐ IăH CăPH MăVĔNăĐ NG<br /> ---------<br /> <br /> BÀIăGI NG<br /> <br /> V TăLụăĐ IăC<br /> <br /> NGă2<br /> <br /> TR NăTH ăTHUăTH Y<br /> <br /> 1. Qu<br /> <br /> ngăNgưi,ă06/2015<br /> <br /> 0<br /> <br /> YăBANăNHÂNăDÂNăT NHăQU NGăNGÃI<br /> TR<br /> <br /> NGăĐ IăH CăPH MăVĔNăĐ NG<br /> ---------<br /> <br /> BÀIăGI NG<br /> <br /> V TăLụăĐ IăC<br /> <br /> NGă2<br /> <br /> TR NăTH ăTHUăTH Y<br /> <br /> 2. Qu<br /> <br /> ngăNgưi,ă06/2015<br /> <br /> 1<br /> <br /> L IăM ăĐ U<br /> Học phần Vật lý đại cương 2 cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về<br /> vật lý hiện đại. Đó là những quan niệm mới, những nguyên lí mới hoàn toàn khác<br /> với cổ điển về các hiện tượng vật lý vi mô. Từ đó, cùng với học phần vật lý đại<br /> cương 1 sinh viên sẽ hiểu được quy luật vận động của thế giới vật chất từ vĩ mô đến<br /> vi mô.<br /> Để giúp sinh viên thuận tiện trong khi học vật lý đại cương 2, tôi tiến hành<br /> biên soạn bài giảng vật lý đại cương 2. Nội dung bài giảng gồm 4 chương. Sau mỗi<br /> chương của bài giảng đều có những bài tập ví dụ và bài tập tự giải có đáp số để<br /> sinh viên tham khảo, đối chiếu.<br /> Bài giảng được biên soạn cho đối tượng là sinh viên bậc cao đẳng không<br /> chuyên. Tuy nhiên, nó cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên bậc đại học<br /> không chuyên.<br /> Mặc dù người biên soạn đã rất cố gắng để bài giảng được hoàn chỉnh, đáp<br /> ứng tốt cho việc dạy và học, nhưng chắc chắn không tránh khỏi các khiếm khuyết.<br /> Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để bài giảng được hoàn chỉnh hơn.<br /> Người biên soạn<br /> <br /> 2<br /> <br /> Ch<br /> <br /> ngă1. THUY TăT<br /> <br /> NGăĐ IăHẸP<br /> <br /> 1.1.ăMộtăs ăđiểmăc năthi tătrongăc ăh căcổăđiển<br /> 1.1.1.ăH ăquyăchi uăquánătínhă<br /> Ngư i ta quy ước gọi h quy chiếu trong đó định lu t quán tính đư c nghi m<br /> đúng là h quy chiếu quán tính. Nói một cách chặt chẽ, trong tự nhiên không có h<br /> quy chiếu quán tính. Nhưng thực nghi m xác nh n: h quy chiếu gắn với Trái Đất<br /> đư c coi gần đúng là h quy chiếu quán tính khi bỏ qua nh hư ng do chuyển động<br /> quay c a Trái Đất quanh Mặt Tr i và quay quanh tr c riêng c a nó.<br /> Các h quy chiếu đ ng yên hoặc chuyển động thẳng đều đối với h quy chiếu<br /> quán tính cũng là h quy chiếu quán tính.<br /> 1.1.2. Nguyên lí t<br /> <br /> ngăđ iăvƠăphépăbi năđổiăGaliléo<br /> <br /> Tổng quát hóa các sự ki n thực nghi m, Galiléo đã phát biểu thành nguyên lý<br /> Galiléo:<br /> “Không thể bằng các thực nghiệm cơ học thực hiện trong hệ quy chiếu quán<br /> tính mà ta có thể phát hiện được hệ quy chiếu đó đang đứng yên hay đang chuyển<br /> động thẳng đều”.<br /> Thực v y, nếu thực hi n các thí nghi m trên một toa tàu chuyển động thẳng<br /> đều đối với mặt đất thì các hi n tư ng sẽ x y ra giống h t như khi tàu đ ng yên đối<br /> với mặt đất. C thể, một v t th rơi v n rơi theo phương thẳng đ ng, một v t nằm<br /> yên trên sàn tàu v n tiếp t c nằm yên. Khi đó, nếu đoàn tàu ch y rất êm và đư c<br /> đóng kín thì ngư i ngồi trên toa tàu không thể biết chắc đoàn tàu đang đ ng yên<br /> hay đang chuyển động thẳng đều.<br />  Phépăbi năđổiăGaliléo<br />  Không gian và thời gian theo cơ học cổ điển<br /> Theo quan ni m c a cơ học cổ điển:<br /> - Th i gian có tính chất tuy t đối, không ph thuộc vào h quy chiếu.<br /> - Vị trí không gian c a chất điểm có tính tương đối, ph thuộc vào h quy<br /> chiếu.<br /> <br />  Phép biến đổi Galiléo<br /> Các công th c<br /> <br /> 3<br /> <br />  x  x' vt<br />  y  y'<br /> <br /> <br />  z  z'<br />  t  t '<br /> <br /> và<br /> <br />  x'  x  vt<br />  y'  y<br /> <br /> <br />  z'  z<br />  t '  t<br /> <br /> gọi là phép biến đổi Galiléo, chúng cho phép chuyển đổi các h tọa độ không gian<br /> và th i gian từ h Oxyz sang h O’x’y’z’ hoặc ngư c l i.<br /> Từ phép biến đổi Galiléo, ta suy ra các h qu :<br /> - Kho ng không gian di n biến c a một quá trình có tính chất tuy t đối,<br /> không ph thuộc vào h quy chiếu.<br /> - Kho ng cách giữa hai điểm trong không gian có tính chất tuy t đối, không<br /> ph thuộc vào h quy chiếu.<br /> 1.2.ăCácătiênăđềăEinstein<br /> 1.2.1. Tiênăđềă1<br /> Mọi định luật vật lý đều như nhau trong các hệ quy chiếu quán tính.<br /> 1.2.2. Tiênăđềă2<br /> Vận tốc ánh sáng trong chân không đều bằng nhau đối với mọi hệ quán tính.<br /> Nó có giá trị bằng c = 3.108 m/s và là giá trị vận tốc cực đại trong tự nhiên.<br /> đây cần phân bi t nguyên lý tương đối Einstein với nguyên lý tương đối<br /> Galile trong cơ học cổ điển. Theo nguyên lý này, chỉ các định lu t cơ học là bất biến<br /> khi chuyển từ h quán tính này sang h quán tính khác. Điều đó có nghĩa là phương<br /> trình mô t một định lu t cơ học nào đó, bi u di n qua to độ và th i gian, sẽ giữ<br /> nguyên d ng trong tất c các h quán tính. Như vậy, Einstein đã mở rộng nguyên lý<br /> tương đối Galile từ các hiện tượng cơ học sang các hiện tượng vật lý nói chung.<br /> 1.3.ăĐộngăh căt<br /> <br /> ngăđ iătínhă- Phépăbi năđổiăLorentz<br /> <br /> 1.3.1.ăSựămơuăthu năc aăphépăbi năđổiăGaliléoăv iăthuy tăt<br /> <br /> ngăđ iăEinstein<br /> <br /> Xét hai h quy chiếu quán tính K và K’. H K’ chuyển động thẳng đều với<br /> v n tốc V so với h K dọc theo phương x. Theo phép biến đổi Galiléo, th i gian<br /> di n biến c a một quá trình v t lý trong các h quy chiếu quán tính K và K' đều như<br /> nhau<br /> <br /> t  t'<br /> <br /> (1.1)<br /> <br /> Kho ng cách giữa hai điểm 1 và 2 nào đó trong các h K và K' đều bằng<br /> 4<br /> <br />