Giải toán véc tơ cho vật lí là phương pháp sử dụng các kiến thức toán véc tơ cơ bản, giải tam giác để tính độ lớn của các đại lượng véc tơ trong vật lí.
Các đại lượng vật lí có hướng sử dụng toán véc tơ để biểu diễn như vận tốc, gia tốc, độ dời, các loại lực, động lượng, cảm ứng từ …
Một số ví dụ về Giải toán véc tơ cho vật lí
Biểu diễn một đại lượng vật lí có hướng, cách xác định độ lớn:
a/ Phương: có hai phương chính là phương thẳng đứng và phương nằm ngang, các phương khác xác định bằng góc α ( 0≤ α ≤ 180o) hợp với phương thẳng đứng hoặc phương nằm ngang.
b/ Độ lớn của véc tơ là hình chiếu của véc tơ đó lên phương cho trước
ví dụ 1:
chọn trục tọa độ là trục Oy có chiều dương hướng lên trên, biểu diễn véc tơ lực \[\vec{F}\] có điểm đặt tại gốc O và tính độ lớn của lực F trong các trường hợp:
a/ \[\vec{F}\] có phương thẳng đứng chiều hướng xuống
b/ \[\vec{F}\] có phương thẳng đứng chiều hướng lên
c/ \[\vec{F}\] có phương hợp với phương thẳng đứng góc 30o
d/ \[\vec{F}\] có phương hợp với phương thẳng đứng góc 120o
Hướng dẫn:
Độ lớn của lực \[\vec{F}\] tổng quát là F.sin(α)
ví dụ 2:
chọn trục tọa độ là trục Ox có chiều dương hướng sang phải, biểu diễn véc tơ lực \[\vec{F}\] có điểm đặt tại gốc O và tính độ lớn của lực F trong các trường hợp
a/ \[\vec{F}\] có phương nằm ngang chiều hướng sang trái
b/ \[\vec{F}\] có phương nằm ngang chiều hướng sang phải
c/ \[\vec{F}\] có phương hợp với phương nằm ngang góc 30o
d/ \[\vec{F}\] có phương hợp với phương nằm ngang góc 120o
Hướng dẫn:
Độ lớn của lực \[\vec{F}\] tổng quát là F.(cosα)
Ví dụ 3:
biết \[\vec{F}\] điểm đặt tại gốc O, hợp với phương Ox nằm ngang góc α, tính độ lớn của \[\vec{F}\] theo cả hai trục tạo độ
Độ lớn của lực \[\vec{F}\]
tổng quát là F$_{x}$=Fcosα; F$_{y}$=Fsinα
Tính độ lớn của lực thông qua lượng giác
Lý thuyết toán cần nhớ:
Ví dụ 1:
Ví dụ 2: Cho \[\vec{F}+\vec{P}+\vec{T}=\vec{0}\] tính độ lớn của các lực theo góc α và trọng lực P.
Tính độ lớn của hai véc tơ bất kỳ đồng qui tại một điểm
biểu diễn lực tổng hợp của hai lực thành phần tuân theo qui tắc hình bình hành
\[\vec{F}=\vec{F_{1}}+\vec{F_{1}}\]
\[F=\sqrt{F_{1}^{2}+F_{2}^{2}+2F_{1}F_{2}cos\alpha }\]
Trường hợp đặc biệt
\[\vec{F_{1}}\uparrow \uparrow \vec{F_{2}}\] (α=0o)=> F=F1 + F2
\[\vec{F_{1}}\uparrow \downarrow \vec{F_{2}}\] (α=180o)=> F=|F1 – F2|
\[\vec{F_{1}}\perp \vec{F_{2}}\] (α=90o) => \[F=\sqrt{F_{1}^{2}+F_{2}^{2}}\]
Nếu F1=F2 => F=2F1cos(α/2)
Tổng quát: |F1 – F2| ≤ F ≤ F1 + F2
Độ lớn của hệ các véc tơ tạo thành một tam giác:
\[F_{3}^{2}=F_{1}^{2}+F_{2}^{2}-2F_{1}F_{2}cos\alpha _{3}\]
\[F_{1}^{2}=F_{3}^{2}+F_{2}^{2}-2F_{3}F_{2}cos\alpha _{1}\]
\[F_{2}^{2}=F_{1}^{2}+F_{3}^{2}-2F_{1}F_{3}cos\alpha _{2}\]
Lưu ý:
Các đại lượng vật lí có hướng (đại lượng véc tơ) tùy thuộc vào hệ qui chiếu ta chọn có thể âm, dương hoặc bằng 0, nếu giá trị của một đại lượng véc tơ mang dấu “-” phải được hiểu là nó có hướng ngược với chiều dương ta chọn.
Ví dụ 1: lúc 7h một ô tô đi từ A đến B với vận tốc 100km/h. => nếu chọn chiều dương là chiều chuyển động => v=100km/h, nếu chọn chiều dương là chiều từ B về A => v=-100km/h
Ví dụ 2: kéo vật theo phương ngang từ trái qua phải bằng một lực có độ lớn 100N
nếu chọn chiều dương từ trái qua phải, phương ngang là phương chính => F=100N
nếu chọn chiều dương từ phải qua trái, phương ngang là phương chính => F=-100N
nếu chọn chiều dương là chiều chuyển động, phương thẳng đứng là phương chính => F=0
Việc hiểu rõ toán véc tơ và ứng dụng vào trong bộ môn vật lí sẽ giúp bạn bắt đầu với bộ môn vật lí một cách đơn giản hơn rất nhiều.