Phép đo các đại lượng vật lý là gì? Có mấy cách để đo?

1. Phép đo các đại lượng vật lý là gì?

Phép đo các đại lượng vật lí là phép so sánh nó với đại lượng cùng loại được quy ước làm đơn vị. Bao gồm:

– Phép đo trực tiếp là một phép so sánh trực tiếp thông qua dụng cụ dùng để đo.

– Phép đo gián tiếp là phép xác định một đại lượng vật lí thông qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp.

2. Các cách đo đại lượng vật lý

Từ phần trên ta có thể thấy có 2 loại phép đo:

Phép đo trực tiếp: Phép so sánh trực tiếp nhờ dụng cụ đo gọi là phép đo trực tiếp.

Ví dụ: Phép đo chiều cao là một phép đo trực tiếp, sử dụng dụng cụ đo là thước. Phép đo khối lượng là một phép đo trực tiếp, sử dụng dụng cụ đo là cân.

Phép đo gián tiếp Phép xác định một đại lượng vật lý thông qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp, gọi là phép đo gián tiếp.

Ví dụ: Phép đo vận tốc trung bình thông qua công thức  là phép đo trực tiếp thông qua việc đo trực tiếp quãng đường đi được và thời gian đi của vật.

Sai số của phép đo gián tiếp được xác định theo quy tắc:

– Sai số tuyệt đối của một tổng hay hiệu thì bằng tổng các sai số tuyệt đối của các số hạng.

– Sai số tỉ sối của một tích hay thương thì bằng tổng các sai số tỉ đối của các thừa số.

Ví dụ:

Đại lượng F là đại lượng đo gián tiếp qua X, Y, Z. 

Nếu F = X + Y + Z thì ∆F = ∆X + ∆Y + ∆Z.

Nếu thì  

Phép đo khối lượng riêng của một vật là phép đo gián tiếp.

Công cụ dùng để thực hiện việc so sánh trong phép đo gọi là dụng cụ đo.

Ví dụ: Phép đo chiều dài sử dụng dụng cụ đo là thước, phép đo khối lượng sử dụng dụng cụ đo là cân, phép đo thời gian sử dụng dụng cụ đo là đồng hồ…

** Hệ đơn vị đo SI là một hệ thống các đơn vị đo các đại lượng vật lý được quy định thống nhất áp dụng tại nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam

7 đơn vị cơ bản của hệ SI là:

– Đơn vị độ dài: mét (m)

– Đơn vị thời gian: giây (s)

– Đơn vị khối lượng: kilogam (kg)

– Đơn vị nhiệt độ: Kenvil (K)

– Đơn vị cường độ dòng điện : Ampe (A)

– Đơn vị cường độ sáng: Candela (Cd)

– Đơn vị lượng chất: mol (mol).

Chú ý: Các đơn vị khác là những đơn vị dẫn xuất, được suy ra từ các đơn vị cơ bản theo công thức. 

Ví dụ: Vận tốc được xác định bởi công thức  , trong đó đơn vị của quãng đường là mét (m), đơn vị của thời gian là giây (s), đơn vị vận tốc v là m/s.

3. Các kiến thức liên quan:

Lực

Lực là đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng của vật này lên vật khác mà kết quả là gây ra gia tốc cho vật hoặc làm vật biến dạng.

Đường thẳng mang vectơ lực gọi là giá của lực. Đơn vị của lực là niu tơn (N).

Ví dụ: Dùng ngón tay ấn vào quả bóng tenis, làm quả bóng bị biến dạng, ta biểu diễn lực

Trọng lực

Trọng lực là lực của Trái Đất tác dụng vào các vật gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do. Trọng lực kí hiệu là .

Ở gần Trái Đất, trọng lực có phương thẳng đứng, có chiều từ trên xuống và đặt vào một điểm đặc biệt của mỗi vật, gọi là trọng tâm của vật.

Công thức của trọng lực:  

Các lực cân bằng 

Các lực cân bằng là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì không gây ra gia tốc cho vật.

Hai lực cân bằng là hai lực cùng tác dụng lên một vật, cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều.

Ví dụ: Treo một quả cầu vào sợi dây trên giá. Các lực tác dụng vào vật gồm trọng lực và lực căng dây. Quả cầu đứng yên (không có gia tốc), hai lực này là hai lực cân bằng.

Tổng hợp lực 

Tổng hợp lực là thay thể các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như các lực ấy. Lực thay thế gọi là hợp lực.

Ví dụ: Hai ca nô đang kéo một xà lan chở cát. Có thể thay thế hai lực bởi một lực mà có tác dụng giống hệt như khi cả hai lực  cùng tác dụng vào xà lan.

Các trường hợp đặc biệt của tổng hợp lực

Trả lời:

* Hai lực cùng phương, cùng chiều.

Hợp lực của hai lực cùng phương cùng chiều là một lực có cùng phương, cùng chiều với hai lực thành phần, có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực F = F₁ + F₂

Ví dụ: Tác dụng hai lực đồng quy có độ lớn 9N và 12 N vào một vật, tính độ lớn của hợp lực biết hai lực cùng chiều. 

Giải: F = F₁ + F₂ = 9 + 12 = 21 N.

* Hai lực cùng phương, ngược chiều.

Hợp lực của hai lực cùng phương ngược chiều là một lực có cùng phương với hai lực thành phần, có chiều của lực nào lớn hơn, có độ lớn bằng trị tuyệt đối hiệu độ lớn của hai lực F = | F₁ – F₂|.

Ví dụ: Hai lực đồng quy, cùng phương, ngược chiều, có độ lớn lần lượt là 10N và 12 N tác dụng vào vật. Tính độ lớn hợp lực tác dụng lên vật.

Giải: F = | F₁ – F₂| = |10 -12| = 2 N.

* Hai lực có phương vuông góc với nhau

Hợp lực của hai lực có phương vuông góc với nhau là một lực có phương là đường chéo hình chữ nhật có hai cạnh tạo bởi hai lực thành phần, có độ lớn được xác định bởi  

Ví dụ: Hai lực đồng quy, có phương vuông góc với nhau, có độ lớn lần lượt là 6N và 8 N tác dụng vào vật. Tính độ lớn hợp lực tác dụng lên vật.

Giải:  

Phân tích lực 

Phân tích lực là thay thế một lực bằng hai hay nhiều lực có tác dụng giống hệt như lực đó.

Phân tích một lực thành hai lực thành phần đồng quy phải tuân theo quy tắc hình bình hành.

Chỉ khi biết một lực có tác dụng cụ thể theo hai phương nào thì mới phân tích lực theo hai phương ấy.

Ví dụ: Trọng lực  tác dụng vào vật đặt trên mặt phẳng nghiêng có thể được phân tích thành hai thành phần vuông góc với nhau là

Quy tắc hình bình hành

Quy tắc hình bình hành: Nếu hai lực đồng quy làm thành hai cạnh của một hình bình hành, thì đường chéo kẻ từ điểm đồng quy biểu diễn hợp lực của chúng.

Về mặt toán học, ta viết:   

Theo phương pháp hình học ta có: 

3 định luật Niu tơn

– Định luật I Niu tơn: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.

Một quả nặng được treo trên một sợi dây mảnh nhẹ, chịu tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực và lực căng dây , tức là hợp lực tác dụng lên vật bằng 0, do đó vật sẽ đứng yên ở trạng thái cân bằng.

Một hộp gỗ đặt trên mặt bàn nhẵn nằm ngang đang đứng yên, vật chịu tác dụng của hai lực cân bằng là trọng lực và phản lực , tức là hợp lực tác dụng lên vật bằng 0, do đó vật sẽ đứng yên ở trạng thái cân bằng này mãi.

– Định luật II Niu tơn: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Ví dụ: Hai bạn An và Toàn thực hiện thử thách kéo hai hòn đá trên mặt bàn. Với cùng một lực như nhau, hòn đá của An nặng hơn của Toàn rất nhiều nên nó tăng tốc rất chậm, gia tốc mà nó nhận được nhỏ, còn hòn đá của Toàn nhẹ hơn nên có thể dễ dàng di chuyển và tăng tốc, gia tốc mà nó nhận được lớn. Như vậy, gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng.

Một người đẩy một xe hàng, khi đẩy với lực lớn hơn thì xe hàng tăng tốc nhanh hơn. Như vậy, gia tốc của vật tỉ lệ thuận với độ lớn lực tác dụng.

Một vật khối lượng 5 kg trượt xuống một mặt phẳng nghiêng nhẵn với gia tốc 2 m/s². Lực gây ra gia tốc này bằng bao nhiêu?

Áp dụng công thức định luật II Niu tơn: F = ma = 5.2 = 10 N

– Định luật III Niu tơn: Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều.

Dùng tay móc kéo một lò xo nhỏ, lực do tay tác dụng lên lò xo làm lò xo dãn dài ra, đồng thời lò xo cũng tác dụng lại tay một lực nên tay ta cảm thấy bị lò xo kéo lại. Đây là cặp lực – phản lực.

Khi con người bước đi, chân ta đạp vào đất một lực  về phía sau, thì nền đất tác dụng lại chân một phản lực  hướng về phía trước. Vì Trái Đất có khối lượng rất lớn nên lực của ta không gây ra cho Trái Đất một gia tốc nào đáng kể. Còn ta có khối lượng nhỏ hơn Trái Đất rất nhiều, nên phản lực của mặt đất gây ra cho ta một gia tốc, làm ta chuyển động về phía trước.