Cơ học đại cương là một nhánh của vật lý nghiên cứu về chuyển động của các vật thể trong không gian và thời gian. Nó bao gồm các khái niệm cơ bản như chuyển động, lực, năng lượng, và động lực học.
Chuyển động
Chuyển động là sự thay đổi vị trí của một vật thể theo thời gian. Chuyển động có thể là chuyển động thẳng, chuyển động tròn, chuyển động quay,…
Lực
Lực là một đại lượng vật lý tác dụng lên một vật thể và làm thay đổi trạng thái chuyển động của vật đó. Lực có thể gây ra chuyển động, dừng lại, thay đổi hướng chuyển động,…
Năng lượng
Năng lượng là khả năng thực hiện công của một vật thể. Năng lượng có nhiều dạng khác nhau, bao gồm năng lượng cơ học, năng lượng nhiệt, năng lượng điện, năng lượng hóa học,…
Động lực học
Động lực học là một phần của cơ học đại cương nghiên cứu mối quan hệ giữa lực và chuyển động của các vật thể.
Các định luật cơ bản của động lực học
Có ba định luật cơ bản của động lực học được Isaac Newton phát triển vào thế kỷ 17. Ba định luật này là nền tảng cho tất cả các nghiên cứu về chuyển động trong cơ học đại cương.
- Định luật I Newton (hay định luật quán tính): Một vật thể đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, và một vật thể đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động với vận tốc không đổi theo một đường thẳng, nếu không chịu tác dụng của lực nào.
- Định luật II Newton (hay định luật gia tốc): Độ gia tốc của một vật thể tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên vật thể và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật thể.
- Định luật III Newton (hay định luật tác dụng và phản tác dụng): Trong mọi tương tác giữa hai vật thể, lực tác dụng của vật thứ nhất lên vật thứ hai bằng và ngược hướng với lực tác dụng của vật thứ hai lên vật thứ nhất.
Các dạng năng lượng cơ học
Năng lượng cơ học là năng lượng do chuyển động của vật thể tạo ra. Năng lượng cơ học bao gồm hai dạng chính là:
- Động năng: Là năng lượng do chuyển động của vật thể tạo ra. Động năng của một vật thể được xác định bởi công thức:
K = 1/2 mv^2
Trong đó:
- K là động năng của vật thể (J)
- m là khối lượng của vật thể (kg)
- v là vận tốc của vật thể (m/s)
- Thế năng: Là năng lượng do vị trí của vật thể tạo ra. Thế năng của một vật thể được xác định bởi công thức:
U = mgh
Trong đó:
- U là thế năng của vật thể (J)
- m là khối lượng của vật thể (kg)
- g là gia tốc trọng trường (m/s^2)
- h là độ cao của vật thể so với mặt đất (m)
Định luật bảo toàn năng lượng cơ học
Định luật bảo toàn năng lượng cơ học cho biết tổng năng lượng cơ học của một hệ vật thể luôn được bảo toàn. Năng lượng cơ học có thể chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, nhưng tổng năng lượng cơ học luôn giữ nguyên.
Tầm quan trọng của cơ học đại cương
Cơ học đại cương là một môn học cơ bản và quan trọng trong vật lý. Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của khoa học và kỹ thuật, bao gồm:
- Cơ khí
- Kỹ thuật điện
- Kỹ thuật xây dựng
- Kỹ thuật hàng không
- Kỹ thuật vũ trụ
- Vật lý thiên văn *…
Với những kiến thức cơ bản về cơ học đại cương, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về chuyển động của các vật thể trong tự nhiên và ứng dụng những kiến thức đó vào thực tế.
Xem thêm
Nhiệt động học đại cương: nhiệt động lực học, chuyển đổi năng lượng, sự giãn nở
Cơ học đại cương: chuyển động, lực, năng lượng, động lực học