Quy luật chuyển động của các thiên thể.

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

SVTH: Trần Thị Ánh Nguyệt 1 GVHD: Th.S Trương Thành

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ

----------

TRẦN THỊ ÁNH NGUYỆT

QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC

THIÊN THỂ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

SVTH: Trần Thị Ánh Nguyệt 2 GVHD: Th.S Trương Thành

----------

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự cố gắng nổ lực của bản

thân, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ phía thầy cô, gia đình và bạn bè.

Trước hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo

Trương Thành, trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng, người đã dành thời

gian quý báu của mình tận tình hướng dẫn, động viên và chỉ bảo cho em trong suốt

quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô trong khoa Vật Lý trường Đại Học

Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng những người đã dạy dỗ, giúp đỡ và tạo điều kiện

thuận lợi nhất cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu.

Cuối cùng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới những người thân trong

gia đình và bạn bè, những người luôn bên cạnh em trong những lúc khó khăn động

viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành khóa luận của

mình.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện khóa luận nhưng do thời gian hạn

chế, khả năng có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong bạn đọc

thông cảm và góp ý phê bình để bài viết được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm

ơn!

Sinh viên thực hiện đề tài.

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

SVTH: Trần Thị Ánh Nguyệt 3 GVHD: Th.S Trương Thành

MỤC LỤC

MỤC LỤC..................................................................................................................1

A. MỞ ĐẦU.............................................................................................................5

1. Lý do chọn đề tài..............................................................................................5

2. Mục đích nghiên cứu........................................................................................5

3. Nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................................6

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu....................................................................6

5. Phương pháp nghiên cứu..................................................................................6

6. Đóng góp của khóa luận...................................................................................6

7. Cấu trúc khóa luận ...........................................................................................6

B. NỘI DUNG.........................................................................................................7

Chương I: NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA TRƯỜNG XUYÊN TÂM..........7

1.1. Các đặc trưng của chuyển động trong trường xuyên tâm. ...............................7

1.1.1. Khái niệm về trường xuyên tâm. ..........................................................7

1.1.2. Tích phân chuyển động trong trường xuyên tâm..................................7

1.1.3. Ý nghĩa của tích phân chuyển động......................................................8

1.1.4. Sự bảo toàn momen động lượng trong trường xuyên tâm. ...................8

1.1.5. Tính chất đặc trưng của trường xuyên tâm. ..........................................9

1.1.6. Bảo toàn cơ năng trong trường xuyên tâm..........................................10

1.2. Phương trình chuyển động trong trường xuyên tâm. .....................................12

1.2.1. Phương trình chuyển động..................................................................12

1.2.2. Công thức Bine. ..................................................................................15

1.3. Khảo sát chuyển động của vật thể dưới tác dụng của lực xuyên tâm (lực hấp

dẫn), các vận tốc vũ trụ..........................................................................................16

1.3.1. Các phương trình chuyển động...........................................................16

1.3.2. Tìm lại các định luật Kepler. ..............................................................18

a. Tìm lại định luật 2. .................................................................................18

b. Tìm lại định luật 1. .................................................................................19

c. Tìm lại định luật 3 ..................................................................................21

1.3.3. Các vận tốc vũ trụ ...............................................................................22

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

SVTH: Trần Thị Ánh Nguyệt 4 GVHD: Th.S Trương Thành

1.3.3.1. Vận tốc ứng với quỹ đạo tròn......................................................22

1.3.3.2. Vận tốc ứng với quỹ đạo elip ......................................................22

1.3.3.3. Vận tốc ứng với quỹ đạo parabol ................................................23

1.3.3.4. Vận tốc ứng với quỹ đạo hypecbol..............................................23

1.3.3.5. Vận tốc vũ trụ cấp I và cấp II. .....................................................23

Chương II: GIẢI BÀI TOÁN VỀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC VẬT TRONG

TRƯỜNG XUYÊN TÂM.........................................................................................25

2.1. Cách giải bài toán về chuyển động của vật trong trường xuyên tâm sử dụng

định luật hấp dẫn vũ trụ và các định luật Kepler...................................................25

2.2. Cách giải bài toán về chuyển động của vật trong trường xuyên tâm sử dụng

kết quả bài toán hai vật..........................................................................................39

2.3. Giải bài toán trường xuyên tâm bằng hàm Lagranger loại II. ........................53

C. KẾT LUẬN .........................................................................................................63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................64

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

SVTH: Trần Thị Ánh Nguyệt 5 GVHD: Th.S Trương Thành

A.MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Ngày xưa các nhà thiên văn học không biết lý do chuyển động của các hành

tinh. Một số người cho rằng sự chuyển động này là biểu hiện của phép màu mà Tạo

hóa đã tạo ra. Nhưng thực chất thì mọi vật chất trong vũ trụ không phải chuyển

động theo một hiện tượng tự nhiên nào đó mà đều chuyển động theo một quy luật

riêng của nó. Truyền thuyết kể lại rằng trong khi Newton nhìn thấy một quả táo rơi

từ trên cây xuống ông tự hỏi tại sao Mặt trăng không rơi như quả táo. Một sự phát

hiện vô cùng quan trọng trong lĩnh vực vật lý là sự "hấp dẫn phổ biến" của Newton,

một nhà thiên văn vật lý và toán học thiên tài người Anh, ở thế kỷ thứ 17, 18. Lực

hấp dẫn làm cho hai vật thể có khối lượng hút nhau, hai vật càng gần nhau bao

nhiêu thì càng bị hút mạnh bấy nhiêu. Chúng ta đứng được trên mặt đất là nhờ lực

hấp dẫn của Trái đất hút ta. Một vật ta ném lên không trung rơi xuống đất cũng là

do sức hút của trường hấp dẫn của Trái đất.

Cũng do lực hấp dẫn mà Trái đất và các hành tinh khác quay chung quanh

Mặt trời và Mặt trăng quay chung quanh Trái đất. Ta có thể tự hỏi tại sao Mặt trăng

không rơi xuống Trái đất và trái đất cùng những hành tinh khác như Thủy, Kim,

Hỏa Mộc, Thổ v..v.., không rơi vào Mặt trời. Bởi vì chuyển động trên quỹ đạo của

Mặt trăng chung quanh Trái đất hay của các hành tinh chung quanh Mặt trời tạo ra

lực gọi là lực ly tâm để bù trừ sự hút của lực hấp dẫn.

Việc tìm ra quy luật chuyển động của thiên thể để giải thích những hiện

tượng xảy ra trong tự nhiên một cách thực tế và rõ ràng. Bản thân tôi là sinh viên

ngành Vật lý để hiểu rõ và giải thích được chuyển động của các vật thể là như thế

nào, tôi chọn đề tài: “QUY LUẬT CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC THIÊN THỂ”.

2. Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết trường xuyên tâm, để giải các bài toán về chuyển

động của các vật trong trường xuyên tâm.

- Phân loại bài tập theo cách giải để xác định quỹ đạo của vật chuyển động

trong trường xuyên tâm.

- Giúp tăng thêm kiến thức cho bản thân.

Khóa luận tốt nghiệp Khoa Vật Lý

SVTH: Trần Thị Ánh Nguyệt 6 GVHD: Th.S Trương Thành

3. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Hệ thống, khái quát những kiến thức cơ bản về trường xuyên tâm.

- Phân loại, nêu và giải một số bài tập cơ bản mang tính chất khái quát để

hiểu kỹ hơn về chuyển động của các vật trong thiên thể đồng thời có thể làm tài liệu

tham khảo sau này.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Lý thuyết cơ bản về trường xuyên tâm.

- Bài tập về chuyển động của các vật trong trường xuyên tâm.

5. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp đọc sách tham khảo tài liệu và tổng hợp lý thuyết.

- Phương pháp phân tích: phân tích rõ yêu cầu đề bài toán và vận dụng lý

thuyết để giải hoàn chỉnh chi tiết bài toán đó.

6. Đóng góp của khóa luận

- Thông qua đề tài này giúp em rèn luyện thêm về kỹ năng giải bài tập.

Vận dụng lý thuyết chung vào giải những bài tập cụ thể nhằm nâng cao khả năng

nhận thức của bản thân.

- Giúp chúng ta có cái nhìn khái quát hơn về chuyển động của các vật

trong vũ trụ.

- Luận văn nghiên cứu một cách có hệ thống một số vấn đề về lý thuyết

trong trường xuyên tâm phục vụ cho môn học vật lý.

- Luận văn đưa ra một số bài tập và phương pháp giải có thể làm tài liệu

tham khảo cho sinh viên, học sinh.

7. Cấu trúc khóa luận

Luận văn gồm có ba phần chính:

A: Mở đầu.

B: Nội dung, gồm hai chương:

Chương I: Những kiến thức cơ bản của trường xuyên tâm.

Chương II: Giải bài toán về chuyển động của các vật trong trường

xuyên tâm.

C: Kết luận.