Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩
Subjects · ⁨Môn học⁩

AP Physics 1 · ⁨AP Vật lý 1⁩

Tips · ⁨Mẹo⁩

AP Physics 1 là cơ học dựa trên đại số: chuyển động học, lực, công, năng lượng và công suất, động lượng, mô-men lực và quay, dao động và chất lưu. Không cần giải tích — điều này khiến việc hiểu bản chất khó hơn, chứ không dễ hơn. Bạn phải lập luận về tình huống thay vì chỉ áp dụng máy móc công thức.

Phần tự luận tách biệt điểm số. Đề bài yêu cầu bạn giải thích lý do, so sánh hai tình huống, và giải thích kết quả bằng lời. Một con số đúng nhưng không có lập luận sẽ nhận được rất ít điểm.

Nêu tên nguyên lý trước. Câu "Vì động lượng được bảo toàn và không có lực ngang ngoài nào tác dụng…" chính là câu mà đáp án mong đợi. Vẽ sơ đồ lực tự do cho mọi bài tập, ngay cả khi thấy dường như không cần thiết — đây là thói quen quan trọng nhất trong khóa học.

Các ghi chú bên dưới đi qua từng đơn vị theo CED, từ chuyển động học đến dao động điều hòa, mỗi phần đều có ví dụ hướng dẫn chi tiết. Các đề tự luận đã công bố và tiêu chí chấm điểm của chúng nằm trong thư viện, và câu hỏi thiết kế thí nghiệm nên luyện tập riêng — nó xuất hiện hàng năm và khen ngợi quy trình rõ ràng hơn là một công thức.

  • 1

    Kinematics · ⁨Chuyển động học⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    1.1

    Scalars and Vectors in One Dimension

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 1.1.A: Describe a scalar or vector quantity using magnitude and direction, as appropriate.

    • 1.1.A.1 Scalars are quantities described by magnitude only; vectors are quantities described by both magnitude and direction.
    • 1.1.A.2 Vectors can be visually modeled as arrows with appropriate direction and lengths proportional to their magnitude.
    • 1.1.A.3 Distance and speed are examples of scalar quantities, while position, displacement, velocity, and acceleration are examples of vector quantities.
      • 1.1.A.3.i Vectors are notated with an arrow above the symbol for that quantity.
        • Equation: $\vec{v} = \vec{v}_0 + \vec{a}t$
      • 1.1.A.3.ii Vector notation is not required for vector components along an axis. In one dimension, the sign of the component completely describes the direction of that component.
        • Derived equation: $v_x = v_{x0} + a_x t$

    Learning Objective 1.1.B: Describe a vector sum in one dimension.

    • 1.1.B.1 When determining a vector sum in a given one-dimensional coordinate system, opposite directions are denoted by opposite signs.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 1.1.A: Mô tả một đại lượng vô hướng hoặc vectơ sử dụng độ lớn và phương hướng, tùy thuộc vào từng loại.

    • 1.1.A.1 Đại lượng vô hướng chỉ được mô tả bằng độ lớn; đại lượng vectơ được mô tả bằng cả độ lớn và phương hướng.
    • 1.1.A.2 Vectơ có thể được mô hình hóa trực quan dưới dạng các mũi tên có phương hướng phù hợp và độ dài tỷ lệ thuận với độ lớn của chúng.
    • 1.1.A.3 Khoảng cách và tốc độ là ví dụ về các đại lượng vô hướng, trong khi vị trí, độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc là ví dụ về các đại lượng vectơ.
      • 1.1.A.3.i Vectors được ký hiệu bằng một mũi tên nằm trên ký hiệu của đại lượng đó.
        • Phương trình: $\vec{v} = \vec{v}_0 + \vec{a}t$
      • 1.1.A.3.ii Ký hiệu vector không cần thiết cho các thành phần vector dọc theo trục tọa độ. Trong một chiều, dấu của thành phần hoàn toàn mô tả hướng của thành phần đó.
        • Phương trình suy ra: $v_x = v_{x0} + a_x t$

    Mục tiêu học tập 1.1.B: Mô tả tổng vector trong một chiều.

    • 1.1.B.1 Khi xác định tổng vector trong hệ tọa độ một chiều đã cho, các hướng đối nhau được ký hiệu bằng các dấu đối nhau.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    A car speedometer: speed is the magnitude of velocity — a scalar rate of motion
    A car speedometer: speed is the magnitude of velocity — a scalar rate of motion

    Kinematics 运动学 describes how objects move, without asking why. First, two kinds of quantity:

    • A scalar 标量 has only size (magnitude 大小): distance 距离, speed, time, mass.
    • A vector 矢量 has magnitude and direction: displacement, velocity, acceleration, force.

    The difference matters. Distance is the total path length travelled – a scalar that only grows. Displacement is the straight-line change in position, with a direction. Walk $3\ \text{m}$ east then $1\ \text{m}$ back west: the distance is $4\ \text{m}$, but the displacement is only $2\ \text{m}$ east.

    In one dimension, direction is just a sign (+ or −) along a chosen axis. Choosing the positive direction first is essential – every vector's sign depends on it. A velocity of $-5\ \text{m/s}$ does not mean "slow"; it means $5\ \text{m/s}$ in the negative direction.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Kinematics/ˌkɪnɪˈmætɪks/ Chuyển động học
    scalar/ˈskeɪlə/ vô hướng
    magnitude/ˈmæɡnɪtjuːd/ độ lớn
    vector/ˈvektə/ vector
    distance/ˈdɪstəns/ quãng đường
    1.2

    Displacement, Velocity, and Acceleration

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 1.2.A: Describe a change in an object's position.

    • 1.2.A.1 When using the object model, the size, shape, and internal configuration are ignored. The object may be treated as a single point with extensive properties such as mass and charge.
    • 1.2.A.2 Displacement is the change in an object's position.
      • Equation: $\Delta x = x - x_0$

    Learning Objective 1.2.B: Describe the average velocity and acceleration of an object.

    • 1.2.B.1 Averages of velocity and acceleration are calculated considering the initial and final states of an object over an interval of time.
    • 1.2.B.2 Average velocity is the displacement of an object divided by the interval of time in which that displacement occurs.
      • Equation: $\vec{v}_{avg} = \dfrac{\Delta \vec{x}}{\Delta t}$
    • 1.2.B.3 Average acceleration is the change in velocity divided by the interval of time in which that change in velocity occurs.
      • Equation: $\vec{a}_{avg} = \dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$

    Learning Objective 1.2.B: Describe the velocity and acceleration of an object.

    • 1.2.B.4 An object is accelerating if the magnitude and/or direction of the object's velocity are changing.
    • 1.2.B.5 Calculating average velocity or average acceleration over a very small time interval yields a value that is very close to the instantaneous velocity or instantaneous acceleration.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 1.2.A: Mô tả sự thay đổi vị trí của một vật.

    • 1.2.A.1 Khi sử dụng mô hình vật, kích thước, hình dạng và cấu trúc bên trong bị bỏ qua. Vật có thể được coi là một điểm đơn với các thuộc tính mở rộng như khối lượng và điện tích.
    • 1.2.A.2 Độ dịch chuyển là sự thay đổi vị trí của một vật.
      • Phương trình: $\Delta x = x - x_0$

    Mục tiêu học tập 1.2.B: Mô tả vận tốc trung bình và gia tốc trung bình của một vật.

    • 1.2.B.1 Vận tốc trung bình và gia tốc trung bình được tính toán dựa trên trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng của vật thể trong một khoảng thời gian.
    • 1.2.B.2 Vận tốc trung bình là độ dịch chuyển của vật chia cho khoảng thời gian mà độ dịch chuyển đó xảy ra.
      • Phương trình: $\vec{v}_{avg} = \dfrac{\Delta \vec{x}}{\Delta t}$
    • 1.2.B.3 Gia tốc trung bình là sự thay đổi vận tốc chia cho khoảng thời gian mà sự thay đổi vận tốc đó xảy ra.
      • Phương trình: $\vec{a}_{avg} = \dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t}$

    Mục tiêu học tập 1.2.B: Mô tả vận tốc và gia tốc của một vật.

    • 1.2.B.4 Một vật đang gia tốc nếu độ lớn và/hoặc hướng của vận tốc vật đang thay đổi.
    • 1.2.B.5 Việc tính vận tốc trung bình hoặc gia tốc trung bình trong một khoảng thời gian rất nhỏ sẽ cho ra một giá trị rất gần với vận tốc tức thời hoặc gia tốc tức thời.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    A high-speed train: kinematics describes displacement, velocity and acceleration over time
    A high-speed train: kinematics describes displacement, velocity and acceleration over time
    Projectile motion is two independent motions

    Three linked vectors describe motion along a line:

    • Displacement 位移 $\Delta x$ is the change in position – a vector from start to end (not the total path length, which is distance).
    • Velocity 速度 is the rate of change of position, $v=\dfrac{\Delta x}{\Delta t}$. Its sign gives direction; its magnitude is speed 速率.
    • Acceleration 加速度 is the rate of change of velocity, $a=\dfrac{\Delta v}{\Delta t}$.

    Be careful to separate average velocity 平均速度 (total displacement over total time) from instantaneous velocity 瞬时速度 (the velocity at one instant, the slope of the position–time graph at that point). They are equal only when the velocity is constant.

    An object speeds up when $v$ and $a$ have the same sign, and slows down (deceleration 减速) when they have opposite signs. Note that a negative acceleration does not always mean slowing down – a ball falling faster and faster has negative velocity and negative acceleration.

    For constant acceleration, the four kinematic equations (often called SUVAT) apply:

    $$v=v_0+at,\qquad \Delta x=v_0 t+\tfrac{1}{2}at^2,\qquad v^2=v_0^2+2a\,\Delta x,\qquad \Delta x=\tfrac{1}{2}(v_0+v)\,t.$$
    Pick the equation that contains the three quantities you know plus the one you want, so only one unknown is left. They apply only while $a$ is constant.

    Worked example. A car starts from rest and accelerates uniformly at $2.0\ \text{m/s}^2$ for $6.0\ \text{s}$. Find its final velocity and the distance it travels.

    List what you know: $v_0=0$, $a=2.0\ \text{m/s}^2$, $t=6.0\ \text{s}$.

    $$v=v_0+at=0+2.0\times 6.0=12\ \text{m/s},$$
    $$\Delta x=v_0 t+\tfrac12 at^2=0+\tfrac12\times 2.0\times 6.0^2=36\ \text{m}.$$

    Worked example (free fall). A ball is thrown straight up at $15\ \text{m/s}$. Taking $g=9.8\ \text{m/s}^2$ and up as positive, how high does it rise, and how long is it in the air before returning to the thrower's hand?

    At the highest point the velocity is momentarily zero, and $a=-g=-9.8\ \text{m/s}^2$ throughout (this is free fall 自由落体, ignoring air resistance 空气阻力):

    $$v^2=v_0^2+2a\,\Delta x \;\Rightarrow\; 0=15^2+2(-9.8)\Delta x \;\Rightarrow\; \Delta x=\frac{225}{19.6}=11.5\ \text{m}.$$
    Time to the top: $0=15-9.8\,t \Rightarrow t=1.53\ \text{s}$. By symmetry the fall takes the same time, so the total is $3.1\ \text{s}$.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Displacement/dɪˈspleɪsmənt/ Thay thế
    Velocity/vəˈlɒsɪti/ Vận tốc
    speed/spiːd/ tốc độ
    Acceleration/əkˌseləˈreɪʃn/ Gia tốc
    average velocity/ˈævrɪdʒ vəˈlɒsɪti/ vận tốc trung bình
    instantaneous velocity/ˌɪnstənˈteɪnɪəs vəˈlɒsɪti/ vận tốc tức thời
    deceleration/dɪˌseləˈreɪʃn/ giảm tốc
    free fall/friː fɔːl/ chuyển động rơi tự do
    air resistance/eə rɪˈzɪstəns/ lực cản không khí
    1.3

    Representing Motion

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 1.3.A: Describe the position, velocity, and acceleration of an object using representations of that object's motion.

    • 1.3.A.1 Motion can be represented by motion diagrams, figures, graphs, equations, and narrative descriptions.
    • 1.3.A.2 For constant acceleration, three kinematic equations can be used to describe instantaneous linear motion in one dimension:
      • Equation: $v_x = v_{x0} + a_x t$
      • Equation: $x = x_0 + v_{x0}t + \dfrac{1}{2}a_x t^2$
      • Equation: $v_x^2 = v_{x0}^2 + 2a_x(x - x_0)$
      • Note: The equations above are written to indicate motion in the x-direction, but these equations can be used in any single dimension as appropriate.
    • 1.3.A.3 Near the surface of Earth, the vertical acceleration caused by the force of gravity is downward, constant, and has a measured value approximately equal to $a_g = g \approx 10 \ m/s^2$.
    • 1.3.A.4 Graphs of position, velocity, and acceleration as functions of time can be used to find the relationships between those quantities.
      • 1.3.A.4.i An object's instantaneous velocity is the rate of change of the object's position, which is equal to the slope of a line tangent to a point on a graph of the object's position as a function of time.
      • 1.3.A.4.ii An object's instantaneous acceleration is the rate of change of the object's velocity, which is equal to the slope of a line tangent to a point on a graph of the object's velocity as a function of time.
      • 1.3.A.4.iii The displacement of an object during a time interval is equal to the area under the curve of a graph of the object's velocity as a function of time (i.e., the area bounded by the function and the horizontal axis for the appropriate interval).
      • 1.3.A.4.iv The change in velocity of an object during a time interval is equal to the area under the curve of a graph of the acceleration of the object as a function of time.

    Boundary statement: AP Physics 1 does not expect students to quantitatively analyze nonuniform acceleration. However, students will be expected to be able to qualitatively analyze, sketch appropriate graphs of, and discuss situations in which acceleration is nonuniform.

    Boundary statement: For all situations in which a numerical quantity is required for $g$, the value $g \approx 10 \ m/s^2$ will be used. However, students will not be penalized for correctly using the more precise commonly accepted values of $g = 9.81 \ \text{m/s}^2$ or $g = 9.8 \ \text{m/s}^2$.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 1.3.A: Mô tả vị trí, vận tốc và gia tốc của một vật thông qua các biểu diễn chuyển động của vật đó.

    • 1.3.A.1 Chuyển động có thể được biểu diễn bằng sơ đồ chuyển động, hình vẽ, đồ thị, phương trình và mô tả bằng văn bản.
    • 1.3.A.2 Đối với gia tốc không đổi, ba phương trình động học có thể được sử dụng để mô tả chuyển động tuyến tính tức thời trong một chiều:
      • Phương trình: $v_x = v_{x0} + a_x t$
      • Phương trình: $x = x_0 + v_{x0}t + \dfrac{1}{2}a_x t^2$
      • Phương trình: $v_x^2 = v_{x0}^2 + 2a_x(x - x_0)$
      • Lưu ý: Các phương trình trên được viết để chỉ chuyển động theo hướng x, nhưng các phương trình này có thể được sử dụng trong bất kỳ chiều đơn nào tùy thuộc vào tình huống.
    • 1.3.A.3 Gần bề mặt Trái Đất, gia tốc dọc do lực gây ra bởi trọng lực có hướng xuống dưới, không đổi và có giá trị đo được xấp xỉ bằng $a_g = g \approx 10 \ m/s^2$.
    • 1.3.A.4 Đồ thị vị trí, vận tốc và gia tốc theo hàm của thời gian có thể được sử dụng để tìm mối quan hệ giữa các đại lượng đó.
      • 1.3.A.4.i Vận tốc tức thời của vật là tốc độ thay đổi vị trí của vật, bằng với độ dốc của đường tiếp tuyến tại một điểm trên đồ thị vị trí của vật theo hàm của thời gian.
      • 1.3.A.4.ii Gia tốc tức thời của vật là tốc độ thay đổi vận tốc của vật, bằng với độ dốc của đường tiếp tuyến tại một điểm trên đồ thị vận tốc của vật theo hàm của thời gian.
      • 1.3.A.4.iii Độ dịch chuyển của vật trong một khoảng thời gian bằng với diện tích nằm dưới đường cong của đồ thị vận tốc của vật theo hàm của thời gian (tức là diện tích giới hạn bởi hàm số và trục hoành trong khoảng thời gian phù hợp).
      • 1.3.A.4.iv Sự biến thiên vận tốc của vật trong một khoảng thời gian bằng với diện tích nằm dưới đường cong của đồ thị gia tốc của vật theo hàm của thời gian.

    Tuyên bố biên: AP Physics 1 không yêu cầu học sinh phân tích định lượng gia tốc không đồng đều. Tuy nhiên, học sinh sẽ được yêu cầu có khả năng phân tích định tính, vẽ các đồ thị thích hợp và thảo luận về các tình huống mà gia tốc không đồng đều.

    Tuyên bố biên: Trong tất cả các trường hợp cần một đại lượng số cho $g$, giá trị $g \approx 10 \ m/s^2$ sẽ được sử dụng. Tuy nhiên, học sinh sẽ không bị trừ điểm khi sử dụng chính xác các giá trị phổ biến được chấp nhận chính xác hơn của $g = 9.81 \ \text{m/s}^2$ hoặc $g = 9.8 \ \text{m/s}^2$.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    The same motion appears as a description, a graph, a table, or an equation, and you should move between them:

    Reading a distance-time graph: flat means at rest, a straight slope means constant speed
    Reading a distance-time graph: flat means at rest, a straight slope means constant speed
    • On a position–time graph, the slope is velocity (steeper = faster; a curve = changing velocity).
    • On a velocity–time graph, the slope is acceleration, and the area under the line is displacement.

    Reading slopes and areas off graphs is a core exam skill. To get displacement from a velocity–time graph, split the area into triangles and rectangles and add them up; area below the time axis counts as negative displacement (motion the other way).

    On a velocity-time graph the slope is the acceleration and the shaded area is the displacement
    On a velocity-time graph the slope is the acceleration and the shaded area is the displacement

    Worked example. A cyclist speeds up uniformly from rest to $8.0\ \text{m/s}$ in $4.0\ \text{s}$, then holds $8.0\ \text{m/s}$ for $6.0\ \text{s}$. Find the total distance from the velocity–time graph.

    The area is a triangle followed by a rectangle:

    $$\Delta x=\underbrace{\tfrac12\times 4.0\times 8.0}_{\text{triangle}}+\underbrace{6.0\times 8.0}_{\text{rectangle}}=16+48=64\ \text{m}.$$

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Explore the velocity–time graph

    Change the start velocity $u$ and the acceleration $a$. The gradient (slope) of the line is the acceleration; the area between the line and the time axis is the displacement. · ⁨Thay đổi vận tốc ban đầu $u$ và gia tốc $a$. Độ dốc (độ nghiêng) của đường thẳng là gia tốc; diện tích giữa đường thẳng và trục thời gian là dịch chuyển.⁩

    1.4

    Reference Frames and Relative Motion

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 1.4.A: Describe the reference frame of a given observer.

    • 1.4.A.1 The choice of reference frame will determine the direction and magnitude of quantities measured by an observer in that reference frame.

    Learning Objective 1.4.B: Describe the motion of objects as measured by observers in different inertial reference frames.

    • 1.4.B.1 Measurements from a given reference frame may be converted to measurements from another reference frame.
    • 1.4.B.2 The observed velocity of an object results from the combination of the object's velocity and the velocity of the observer's reference frame.
      • 1.4.B.2.i Combining the motion of an object and the motion of an observer in a given reference frame involves the addition or subtraction of vectors.
      • 1.4.B.2.ii The acceleration of any object is the same as measured from all inertial reference frames.

    Boundary statement: Unless otherwise stated, the frame of reference of any problem may be assumed to be inertial.

    Boundary statement: Adding or subtracting vectors to find relative velocities is restricted to motion along one dimension for AP Physics 1.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 1.4.A: Mô tả khung tham chiếu của một người quan sát đã cho.

    • 1.4.A.1 Việc chọn hệ quy chiếu sẽ xác định phương và độ lớn của các đại lượng được quan sát viên đo đạc trong hệ quy chiếu đó.

    Mục tiêu học tập 1.4.B: Mô tả chuyển động của vật thể như được đo bởi các quan sát viên trong các hệ quy chiếu quán tính khác nhau.

    • 1.4.B.1 Các phép đo từ một hệ quy chiếu nhất định có thể được chuyển đổi thành các phép đo từ một hệ quy chiếu khác.
    • 1.4.B.2 Vận tốc quan sát được của một vật thể là kết quả của sự tổng hợp vận tốc của vật thể và vận tốc của hệ quy chiếu mà quan sát viên đang đứng.
      • 1.4.B.2.i Sự kết hợp chuyển động của một vật thể và chuyển động của quan sát viên trong một hệ quy chiếu nhất định liên quan đến việc cộng hoặc trừ các vectơ.
      • 1.4.B.2.ii Gia tốc của bất kỳ vật thể nào đều giống hệt nhau khi được đo từ tất cả các hệ quy chiếu quán tính.

    Phát biểu giới hạn: Trừ khi có quy định khác, hệ quy chiếu của bất kỳ bài toán nào cũng có thể được giả định là hệ quy chiếu quán tính.

    Phát biểu giới hạn: Việc cộng hoặc trừ các vectơ để tìm vận tốc tương đối chỉ được áp dụng cho chuyển động dọc theo một chiều đối với AP Physics 1.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    All motion is measured against a reference frame 参考系. Velocities measured in different frames differ, and you combine them by vector addition. The velocity of A relative to C is

    $$\vec{v}_{A/C}=\vec{v}_{A/B}+\vec{v}_{B/C}.$$
    A person walking on a moving train has one velocity relative to the train and another relative to the ground – this is relative motion 相对运动. A useful shortcut: the velocity of A relative to B is $\vec{v}_{A/B}=\vec{v}_A-\vec{v}_B$ (subtract B's velocity).

    A frame that is not accelerating is an inertial reference frame 惯性参考系: one in which a free object (no net force) obeys Newton's first law, staying at rest or moving at constant velocity. A frame that accelerates – a braking car – is non-inertial, where objects seem to speed up with no force acting on them.

    Worked example. A boat points straight across a river and moves at $3.0\ \text{m/s}$ relative to the water. The current flows at $4.0\ \text{m/s}$ along the river. Find the boat's speed and direction relative to the bank.

    The two velocities are perpendicular, so add them as a right triangle:

    $$v=\sqrt{3.0^2+4.0^2}=5.0\ \text{m/s},\qquad \theta=\tan^{-1}\!\frac{4.0}{3.0}=53^{\circ}\ \text{downstream from straight across.}$$

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    reference frame/ˈrefrəns freɪm/ hệ quy chiếu
    relative motion/ˈrelətɪv ˈməʊʃn/ Chuyển động tương đối
    inertial reference frame/ɪˈnɜːʃl ˈrefrəns freɪm/ hệ quy chiếu quán tính
    1.5

    Vectors and Motion in Two Dimensions

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 1.5.A: Describe the perpendicular components of a vector.

    • 1.5.A.1 Vectors can be mathematically modeled as the resultant of two perpendicular components.
    • 1.5.A.2 Vectors can be resolved into components using a chosen coordinate system.
    • 1.5.A.3 Vectors can be resolved into perpendicular components using trigonometric functions and relationships.
      • Equation: $\sin \theta = \dfrac{a}{c}$
      • Equation: $\cos \theta = \dfrac{b}{c}$
      • Equation: $\tan \theta = \dfrac{a}{b}$
      • Equation: $a^2 + b^2 = c^2$

    Learning Objective 1.5.B: Describe the motion of an object moving in two dimensions.

    • 1.5.B.1 Motion in two dimensions can be analyzed using one-dimensional kinematic relationships if the motion is separated into components.
    • 1.5.B.2 Projectile motion is a special case of two-dimensional motion that has zero acceleration in one dimension and constant, nonzero acceleration in the second dimension.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 1.5.A: Mô tả các thành phần vuông góc của một vectơ.

    • 1.5.A.1 Vectơ có thể được mô hình hóa toán học như là hợp của hai thành phần vuông góc.
    • 1.5.A.2 Vectơ có thể phân tích ra thành các thành phần bằng cách sử dụng một hệ tọa độ đã chọn.
    • 1.5.A.3 Vectơ có thể phân tích ra thành các thành phần vuông góc bằng cách sử dụng các hàm lượng giác và mối liên hệ.
      • Phương trình: $\sin \theta = \dfrac{a}{c}$
      • Phương trình: $\cos \theta = \dfrac{b}{c}$
      • Phương trình: $\tan \theta = \dfrac{a}{b}$
      • Phương trình: $a^2 + b^2 = c^2$

    Mục tiêu học tập 1.5.B: Mô tả chuyển động của một vật thể chuyển động trong hai chiều.

    • 1.5.B.1 Chuyển động trong hai chiều có thể được phân tích bằng cách sử dụng các mối quan hệ động học một chiều nếu chuyển động được tách ra thành các thành phần.
    • 1.5.B.2 Chuyển động ném xiên là một trường hợp đặc biệt của chuyển động hai chiều có gia tốc bằng không theo một chiều và gia tốc không đổi, khác không theo chiều thứ hai.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    In two dimensions, resolve each vector into components 分量 along perpendicular axes ($x$ and $y$), handle each axis separately, then recombine. A velocity $v$ at angle $\theta$ to the horizontal has components $v_x=v\cos\theta$ and $v_y=v\sin\theta$.

    A velocity vector resolved into its horizontal and vertical components
    A velocity vector resolved into its horizontal and vertical components

    For projectile motion 抛体运动 (an object moving under gravity alone): the horizontal and vertical motions are independent. Horizontally, velocity is constant ($a_x=0$); vertically, acceleration is $-g$ (down). The two motions share only the time. So a projectile's path (its trajectory 轨迹) is a parabola, and you solve it as two one-dimensional problems joined by $t$.

    A projectile launched at an angle: the horizontal and vertical motions are independent
    A projectile launched at an angle: the horizontal and vertical motions are independent
    A dropped ball and a horizontally launched ball fall together – the vertical motions are identical
    A dropped ball and a horizontally launched ball fall together – the vertical motions are identical

    Worked example. A ball is kicked at $20\ \text{m/s}$, $30^{\circ}$ above the horizontal. Taking $g=9.8\ \text{m/s}^2$, find the time of flight, the maximum height, and the horizontal range 射程 (assume it lands at launch height).

    Split the launch velocity into components:

    $$v_{0x}=20\cos 30^{\circ}=17.3\ \text{m/s},\qquad v_{0y}=20\sin 30^{\circ}=10\ \text{m/s}.$$
    Vertical motion sets the time. At the top $v_y=0$, so $0=10-9.8\,t \Rightarrow t_{\text{up}}=1.02\ \text{s}$, and the total flight is $2t_{\text{up}}=2.0\ \text{s}$. The maximum height is
    $$\Delta y=\frac{v_{0y}^2}{2g}=\frac{10^2}{19.6}=5.1\ \text{m}.$$
    Horizontal motion runs at constant $v_{0x}$ for the whole flight, so the range is
    $$R=v_{0x}\times t_{\text{flight}}=17.3\times 2.0=35\ \text{m}.$$

    A common trap: at the top of the flight the vertical velocity is zero, but the ball is not at rest – its horizontal velocity $v_{0x}$ never changes. The speed at the top equals $v_{0x}=17.3\ \text{m/s}$.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Explore projectile motion

    Fire the ball, then change the angle and speed. The horizontal motion stays steady while gravity pulls it down — together they trace a parabola. Find the launch angle that gives the longest range, and try the Moon. · ⁨Bắn bóng, sau đó thay đổi góc và tốc độ. Chuyển động ngang giữ nguyên trong khi trọng lực kéo nó xuống — cùng nhau tạo thành đường parabol. Tìm góc phóng cho phạm vi dài nhất, và thử trên Mặt Trăng.⁩

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Explore vectors and their components

    Drag the vectors to change their $x$- and $y$-components. See how a single vector is built from independent horizontal and vertical parts, and how two vectors add tip-to-tail into a resultant. · ⁨Kéo các vector để thay đổi thành phần $x$- và $y$- của chúng. Xem cách một vector đơn lẻ được xây dựng từ các phần độc lập theo phương ngang và dọc, và cách hai vector cộng đầu nối đuôi thành vector tổng hợp.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    components/kəmˈpəʊnənts/ thành phần
    projectile motion/prəˈdʒektaɪl ˈməʊʃn/ chuyển động ném xiên
    trajectory/trəˈdʒektəri/ quỹ đạo
    range/reɪndʒ/ tập giá trị
    1.5

    Exam tips

    • Choose the right kinematic equation by listing the three quantities you know plus the one you want, so only one unknown remains; the SUVAT equations apply only while acceleration is constant.
    • Fix a positive direction first — every displacement, velocity, and acceleration then carries a sign; a negative velocity means "moving the other way", not "slow".
    • Treat a projectile as two independent 1-D problems sharing only the time $t$: constant velocity horizontally, $a=-g$ vertically. At the top $v_y=0$ but $v_x$ is unchanged.
    • On a velocity–time graph the gradient is the acceleration and the area is the displacement (area below the axis is negative).
    • Distinguish distance (scalar, total path) from displacement (vector, start-to-end), and speed from velocity.
  • 2

    Force and Translational Dynamics · ⁨Lực và động học tịnh tiến⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    2.1

    Systems and Center of Mass

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.1.A: Describe the properties and interactions of a system.

    • 2.1.A.1 System properties are determined by the interactions between objects within the system.
    • 2.1.A.2 If the properties or interactions of the constituent objects within a system are not important in modeling the behavior of the macroscopic system, the system can itself be treated as a single object.
    • 2.1.A.3 Systems may allow interactions between constituent parts of the system and the environment, which may result in the transfer of energy or mass.
    • 2.1.A.4 Individual objects within a chosen system may behave differently from each other as well as from the system as a whole.
    • 2.1.A.5 The internal structure of a system affects the analysis of that system.
    • 2.1.A.6 As variables external to a system are changed, the system's substructure may change.

    Learning Objective 2.1.B: Describe the location of a system's center of mass with respect to the system's constituent parts.

    • 2.1.B.1 For systems with symmetrical mass distributions, the center of mass is located on lines of symmetry.
    • 2.1.B.2 The location of a system's center of mass along a given axis can be calculated using the equation
      • Equation: $\vec{x}_{cm} = \dfrac{\sum m_i \vec{x}_i}{\sum m_i}$
    • 2.1.B.3 A system can be modeled as a singular object that is located at the system's center of mass.

    Boundary statement: AP Physics 1 only expects students to calculate the center of mass for systems of five or fewer particles arranged in a two-dimensional configuration or for systems that are highly symmetrical.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.1.A: Mô tả các tính chất và tương tác của một hệ vật.

    • 2.1.A.1 Tính chất của hệ vật được xác định bởi các tương tác giữa các vật nằm bên trong hệ vật.
    • 2.1.A.2 Nếu các tính chất hoặc tương tác của các vật thành phần bên trong hệ vật không quan trọng trong việc mô hình hóa hành vi của hệ vật vĩ mô, thì bản thân hệ vật có thể được coi là một vật đơn lẻ.
    • 2.1.A.3 Hệ vật có thể cho phép tương tác giữa các bộ phận thành phần của hệ vật và môi trường, điều này có thể dẫn đến sự truyền năng lượng hoặc khối lượng.
    • 2.1.A.4 Các vật đơn lẻ bên trong một hệ vật đã chọn có thể có hành vi khác nhau so với nhau cũng như khác so với hệ vật như một toàn thể.
    • 2.1.A.5 Cấu trúc nội tại của hệ vật ảnh hưởng đến việc phân tích hệ vật đó.
    • 2.1.A.6 Khi các biến bên ngoài hệ vật thay đổi, cấu trúc con của hệ vật có thể thay đổi.

    Mục tiêu học tập 2.1.B: Mô tả vị trí trọng tâm của hệ vật so với các bộ phận thành phần của hệ vật.

    • 2.1.B.1 Đối với các hệ vật có phân bố khối lượng đối xứng, trọng tâm nằm trên các đường đối xứng.
    • 2.1.B.2 Vị trí trọng tâm của hệ vật dọc theo một trục nhất định có thể được tính toán bằng phương trình
      • Phương trình: $\vec{x}_{cm} = \dfrac{\sum m_i \vec{x}_i}{\sum m_i}$
    • 2.1.B.3 Một hệ vật có thể được mô hình hóa như một vật đơn lẻ đặt tại trọng tâm của hệ vật.

    Phát biểu giới hạn: AP Physics 1 chỉ yêu cầu học sinh tính trọng tâm cho các hệ gồm năm hạt trở xuống được sắp xếp theo cấu hình hai chiều hoặc các hệ vật có độ đối xứng cao.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    A system 系统 is the object or group of objects you choose to analyze. A system can be treated as a single point at its center of mass 质心 – the average position of its mass. External forces change the motion of the center of mass; internal forces (between parts of the system) do not.

    This is why a wrench spinning across a table still has its center of mass move in a straight line: the spinning is internal, and only the (near-zero) external force matters for the center of mass. For two masses $m_1,m_2$ on a line at positions $x_1,x_2$, the center of mass sits at $x_{\text{cm}}=\dfrac{m_1x_1+m_2x_2}{m_1+m_2}$ – always closer to the heavier mass.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    system/ˈsɪstəm/ hệ
    center of mass/ˈsentə ɒv mæs/ trọng tâm
    2.2

    Forces and Free-Body Diagrams

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.2.A: Describe a force as an interaction between two objects or systems.

    • 2.2.A.1 Forces are vector quantities that describe the interactions between objects or systems.
      • 2.2.A.1.i A force exerted on an object or system is always due to the interaction of that object with another object or system.
      • 2.2.A.1.ii An object or system cannot exert a net force on itself.
    • 2.2.A.2 Contact forces describe the interaction of an object or system touching another object or system and are macroscopic effects of interatomic electric forces.

    Learning Objective 2.2.B: Describe the forces exerted on an object or system using a free-body diagram.

    • 2.2.B.1 Free-body diagrams are useful tools for visualizing forces being exerted on a single object or system and for determining the equations that represent a physical situation.
    • 2.2.B.2 The free-body diagram of an object or system shows each of the forces exerted on the object by the environment.
    • 2.2.B.3 Forces exerted on an object or system are represented as vectors originating from the representation of the center of mass, such as a dot. A system is treated as though all of its mass is located at the center of mass.
    • 2.2.B.4 A coordinate system with one axis parallel to the direction of acceleration of the object or system simplifies the translation from free-body diagram to algebraic representation. For example, in a free-body diagram of an object on an inclined plane, it is useful to set one axis parallel to the surface of the incline.

    Boundary statement: AP Physics 1 only expects students to depict the forces exerted on objects, not the force components on free-body diagrams. On the AP Physics exams, individual forces represented on a free-body diagram must be drawn as individual straight arrows, originating on the dot and pointing in the direction of the force. Individual forces that are in the same direction must be drawn side by side, not overlapping.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.2.A: Mô tả lực như một tương tác giữa hai vật hoặc hai hệ vật.

    • 2.2.A.1 Lực là các đại lượng vectơ mô tả các tương tác giữa các vật hoặc các hệ vật.
      • 2.2.A.1.i Một lực tác dụng lên một vật hoặc hệ vật luôn là do tương tác của vật đó với một vật hoặc hệ vật khác.
      • 2.2.A.1.ii Một vật hoặc hệ vật không thể tự tạo ra lực hợp tác dụng lên chính nó.
    • 2.2.A.2 Lực tiếp xúc mô tả sự tương tác của một vật hoặc hệ vật chạm vào một vật hoặc hệ vật khác và là hiệu ứng vĩ mô của các lực điện giữa các nguyên tử.

    Mục tiêu học tập 2.2.B: Mô tả các lực tác dụng lên một vật hoặc hệ vật bằng sơ đồ vật tự do.

    • 2.2.B.1 Sơ đồ vật tự do là công cụ hữu ích để trực quan hóa các lực đang tác dụng lên một vật hoặc hệ vật đơn lẻ và để xác định các phương trình đại diện cho tình huống vật lý.
    • 2.2.B.2 Sơ đồ vật tự do của một vật hoặc hệ vật hiển thị từng lực tác dụng lên vật đó từ môi trường.
    • 2.2.B.3 Các lực tác dụng lên một vật hoặc hệ vật được biểu diễn dưới dạng các vectơ bắt đầu từ biểu diễn của trọng tâm, chẳng hạn như một chấm. Một hệ vật được xem xét như thể toàn bộ khối lượng của nó nằm ở trọng tâm.
    • 2.2.B.4 Một hệ tọa độ có một trục song song với hướng gia tốc của vật hoặc hệ vật sẽ đơn giản hóa quá trình chuyển đổi từ sơ đồ vật tự do sang biểu thức đại số. Ví dụ, trong sơ đồ vật tự do của một vật trên mặt phẳng nghiêng, việc thiết lập một trục song song với bề mặt mặt phẳng nghiêng là hữu ích.

    Phát biểu giới hạn: AP Physics 1 chỉ yêu cầu học sinh vẽ các lực tác dụng lên các vật, không phải các thành phần lực trên sơ đồ vật tự do. Trong các kỳ thi AP Physics, các lực riêng lẻ được biểu diễn trên sơ đồ vật tự do phải được vẽ dưới dạng các mũi tên thẳng riêng biệt, bắt đầu từ chấm và chỉ về phía của lực. Các lực riêng lẻ cùng hướng phải được vẽ cạnh nhau, không chồng lên nhau.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    A skydiver: free-body diagrams balance gravity and air resistance at terminal speed
    A skydiver: free-body diagrams balance gravity and air resistance at terminal speed
    A rocket launch: net force changes momentum — F_net = ma for translational dynamics
    A rocket launch: net force changes momentum — F_net = ma for translational dynamics

    A force 力 is a push or pull – a vector, measured in newtons (N). A free-body diagram 受力图 shows one object as a dot with arrows for every force acting on it (weight 重力, normal, tension 张力, friction, applied), each labelled and pointing the right way. Draw it before any dynamics problem; it is where most marks are won or lost.

    A free-body diagram shows every force acting on one object
    A free-body diagram shows every force acting on one object

    Two rules keep free-body diagrams honest: draw only forces acting on the chosen object (not forces it exerts on other things), and draw only real, physical forces (a rope, a surface, gravity, a hand) – never an "$ma$" arrow, which is the result of the forces, not a force itself.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Balance the forces on a free-body diagram

    A free-body diagram shows every force on one object as an arrow. The object accelerates only if the forces don't cancel — the net force sets $a=F/m$.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    force/fɔːs/ lực
    free-body diagram/friː ˈbɒdi ˈdaɪəɡræm/ sơ đồ vật thể tự do
    weight/weɪt/ trọng lực
    tension/ˈtenʃn/ lực căng
    2.3

    Newton's Third Law

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.3.A: Describe the interaction of two objects using Newton's third law and a representation of paired forces exerted on each object.

    • 2.3.A.1 Newton's third law describes the interaction of two objects in terms of the paired forces that each exerts on the other.
      • Equation: $\vec{F}_{\text{A on B}} = -\vec{F}_{\text{B on A}}$
    • 2.3.A.2 Interactions between objects within a system (internal forces) do not influence the motion of a system's center of mass.
    • 2.3.A.3 Tension is the macroscopic net result of forces that segments of a string, cable, chain, or similar system exert on each other in response to an external force.
      • 2.3.A.3.i An ideal string has negligible mass and does not stretch when under tension.
      • 2.3.A.3.ii The tension in an ideal string is the same at all points within the string.
      • 2.3.A.3.iii In a string with nonnegligible mass, tension may not be the same at all points within the string.
      • 2.3.A.3.iv An ideal pulley is a pulley that has negligible mass and rotates about an axle through its center of mass with negligible friction.

    Boundary statement: AP Physics 1 only expects students to describe tension qualitatively in a string, cable, chain, or similar system with mass. For example, students might note that the tension in a hanging chain is greater toward the top of the chain.

    Boundary statement: The interaction between objects or systems at a distance is limited to gravitational forces in AP Physics 1. In AP Physics 2, gravitational, electric, and magnetic forces may be considered.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.3.A: Mô tả sự tương tác của hai vật thể theo định luật thứ ba của Newton và cách biểu diễn các cặp lực tác dụng lên từng vật thể.

    • 2.3.A.1 Định luật thứ ba của Newton mô tả sự tương tác giữa hai vật thể thông qua các cặp lực mà mỗi vật thể tác dụng lên vật thể kia.
      • Phương trình: $\vec{F}_{\text{A on B}} = -\vec{F}_{\text{B on A}}$
    • 2.3.A.2 Các tương tác giữa các vật thể bên trong một hệ (lực nội) không ảnh hưởng đến chuyển động của trọng tâm hệ.
    • 2.3.A.3 Lực căng là kết quả vĩ mô của các lực mà các phân đoạn của dây, cáp, xích hoặc hệ thống tương tự tác dụng lên nhau để phản ứng lại một lực ngoài.
      • 2.3.A.3.i Dây lý tưởng có khối lượng không đáng kể và không bị giãn khi chịu lực căng.
      • 2.3.A.3.ii Lực căng trong dây lý tưởng là như nhau tại mọi điểm trong dây.
      • 2.3.A.3.iii Trong dây có khối lượng không nhỏ, lực căng có thể không bằng nhau tại mọi điểm trong dây.
      • 2.3.A.3.iv Ròng rọc lý tưởng là ròng rọc có khối lượng không đáng kể và quay quanh trục đi qua trọng tâm với ma sát không đáng kể.

    Boundary statement: AP Physics 1 chỉ yêu cầu học sinh mô tả lực căng theo định tính trong dây, cáp, xích hoặc hệ thống tương tự có khối lượng. Ví dụ, học sinh có thể nhận xét rằng lực căng trong xích treo lớn hơn ở phần trên của xích.

    Boundary statement: Tương tác giữa các vật thể hoặc hệ ở khoảng cách trong AP Physics 1 chỉ giới hạn ở lực hấp dẫn. Trong AP Physics 2, có thể xem xét cả lực hấp dẫn, điện và từ.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Newton's third law 牛顿第三定律: if object A pushes on object B, then B pushes back on A with a force equal in size and opposite in direction. These two forces act on different objects, so they never cancel each other. Identify third-law pairs by the "A on B / B on A" wording.

    A Newton's third-law pair: equal and opposite forces on two different objects
    A Newton's third-law pair: equal and opposite forces on two different objects

    A classic trap: the weight of a book and the normal force from the table are not a third-law pair – they act on the same object (the book). The partner of the book's weight is the pull the book exerts on the Earth; the partner of the table's push is the push the book makes on the table.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Newton's third law/ˈnjuːtnz θɜːd lɔː/ định luật Newton thứ ba
    2.4

    Newton's First Law

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.4.A: Describe the conditions under which a system's velocity remains constant.

    • 2.4.A.1 The net force on a system is the vector sum of all forces exerted on the system.
    • 2.4.A.2 Translational equilibrium is a configuration of forces such that the net force exerted on a system is zero.
      • Derived equation: $\sum_i \vec{F}_i = 0$
    • 2.4.A.3 Newton's first law states that if the net force exerted on a system is zero, the velocity of that system will remain constant.
    • 2.4.A.4 Forces may be balanced in one dimension but unbalanced in another. The system's velocity will change only in the direction of the unbalanced force.
    • 2.4.A.5 An inertial reference frame is one from which an observer would verify Newton's first law of motion.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.4.A: Mô tả các điều kiện để vận tốc của một hệ không đổi.

    • 2.4.A.1 Hợp lực tác dụng lên một hệ là tổng vectơ của tất cả các lực tác dụng lên hệ đó.
    • 2.4.A.2 Cân bằng tịnh tiến là cấu hình lực sao cho hợp lực tác dụng lên hệ bằng không.
      • Phương trình suy ra: $\sum_i \vec{F}_i = 0$
    • 2.4.A.3 Định luật thứ nhất của Newton phát biểu rằng nếu hợp lực tác dụng lên một hệ bằng không, thì vận tốc của hệ đó sẽ không đổi.
    • 2.4.A.4 Các lực có thể cân bằng theo một chiều nhưng không cân bằng theo chiều khác. Vận tốc của hệ chỉ thay đổi theo hướng của lực không cân bằng.
    • 2.4.A.5 Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu mà từ đó một quan sát viên có thể xác minh được định luật thứ nhất về chuyển động của Newton.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Newton's first law 牛顿第一定律 (the law of inertia 惯性): an object's velocity stays constant unless a net force 合力 acts on it. So zero net force means constant velocity (including rest) – the object is in translational equilibrium 平衡. Inertia is the tendency to resist changes in motion, measured by mass.

    Worked example. A $1200\ \text{kg}$ car cruises at a steady $25\ \text{m/s}$ on a level road. What is the net force on it? Because the velocity is constant, the acceleration is zero, so by the first law the net force is zero – the forward drive force exactly balances drag and friction. "Steady speed" always means balanced forces.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Newton's first law/ˈnjuːtnz fɜːst lɔː/ Định luật first của Newton
    inertia/ɪˈnɜːʃə/ quán tính
    net force/net fɔːs/ lực hợp
    translational equilibrium/trænˈsleɪʃənl ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ cân bằng tịnh tiến
    2.5

    Newton's Second Law

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.5.A: Describe the conditions under which a system's velocity changes.

    • 2.5.A.1 Unbalanced forces are a configuration of forces such that the net force exerted on a system is not equal to zero.
    • 2.5.A.2 Newton's second law of motion states that the acceleration of a system's center of mass has a magnitude proportional to the magnitude of the net force exerted on the system and is in the same direction as that net force.
      • Equation: $\vec{a}_{\text{sys}} = \dfrac{\sum \vec{F}}{m_{\text{sys}}} = \dfrac{\vec{F}_{\text{net}}}{m_{\text{sys}}}$
    • 2.5.A.3 The velocity of a system's center of mass will only change if a nonzero net external force is exerted on that system.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.5.A: Mô tả các điều kiện để vận tốc của một hệ thay đổi.

    • 2.5.A.1 Các lực không cân bằng là cấu hình lực sao cho hợp lực tác dụng lên hệ khác không.
    • 2.5.A.2 Định luật thứ hai của Newton phát biểu rằng gia tốc của trọng tâm hệ có độ lớn tỷ lệ thuận với độ lớn của hợp lực tác dụng lên hệ và cùng hướng với hợp lực đó.
      • Phương trình: $\vec{a}_{\text{sys}} = \dfrac{\sum \vec{F}}{m_{\text{sys}}} = \dfrac{\vec{F}_{\text{net}}}{m_{\text{sys}}}$
    • 2.5.A.3 Vận tốc của trọng tâm hệ chỉ thay đổi khi có một hợp lực ngoài khác không tác dụng lên hệ.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Newton's second law 牛顿第二定律 relates net force to acceleration:

    $$\vec{a}=\frac{\sum \vec{F}}{m},\qquad\text{i.e.}\qquad \sum\vec{F}=m\vec{a}.$$
    Apply it one axis at a time: add the force components along each axis and set the sum equal to $ma$ for that axis. Acceleration points the same way as the net force.

    Worked example. A $4.0\ \text{kg}$ box is pulled along the floor by a horizontal force of $18\ \text{N}$. Friction on the box is $6.0\ \text{N}$. Find its acceleration. Along the direction of motion the net force is $18-6.0=12\ \text{N}$, so

    $$a=\frac{\sum F}{m}=\frac{12}{4.0}=3.0\ \text{m/s}^2.$$

    Worked example (incline 斜面). A block of mass $m$ slides down a frictionless ramp tilted at angle $\theta$. Find its acceleration. Resolve gravity into components along and perpendicular to the ramp; only the along-ramp part, $mg\sin\theta$, drives the motion, so

    $$a=\frac{mg\sin\theta}{m}=g\sin\theta.$$
    The steeper the ramp, the larger $\sin\theta$ and the faster it accelerates; at $\theta=90^{\circ}$ it is free fall.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Newton's second law/ˈnjuːtnz ˈsekənd lɔː/ Định luật II Newton
    incline/ɪnˈklaɪn/ Mặt nghiêng
    2.6

    Gravitational Force

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.6.A: Describe the gravitational interaction between two objects or systems with mass.

    • 2.6.A.1 Newton's law of universal gravitation describes the gravitational force between two objects or systems as directly proportional to each of their masses and inversely proportional to the square of the distance between the systems' centers of mass.
      • Equation: $\left|\vec{F}_g\right| = G\dfrac{m_1 m_2}{r^2}$
      • 2.6.A.1.i The gravitational force is attractive.
      • 2.6.A.1.ii The gravitational force is always exerted along the line connecting the centers of mass of the two interacting systems.
      • 2.6.A.1.iii The gravitational force on a system can be considered to be exerted on the system's center of mass.
    • 2.6.A.2 A field models the effects of a noncontact force exerted on an object at various positions in space.
      • 2.6.A.2.i The magnitude of the gravitational field created by a system of mass $M$ at a point in space is equal to the ratio of the gravitational force exerted by the system on a test object of mass $m$ to the mass of the test object.
        • Equation: $\left|\vec{g}\right| = \dfrac{\left|\vec{F}_g\right|}{m} = G\dfrac{M}{r^2}$
      • 2.6.A.2.ii If the gravitational force is the only force exerted on an object, the observed acceleration of the object (in m/s$^2$) is numerically equal to the magnitude of the gravitational field strength (in N/kg) at that location.
    • 2.6.A.3 The gravitational force exerted by an astronomical body on a relatively small nearby object is called weight.
      • Equation: $\text{Weight} = F_g = mg$

    Learning Objective 2.6.B: Describe situations in which the gravitational force can be considered constant.

    • 2.6.B.1 If the gravitational force between two systems' centers of mass has a negligible change as the relative position of the two systems changes, the gravitational force can be considered constant at all points between the initial and final positions of the systems.
    • 2.6.B.2 Near the surface of Earth, the strength of the gravitational field is $g \approx 10 \text{ N/kg}$

    Learning Objective 2.6.C: Describe the conditions under which the magnitude of a system's apparent weight is different from the magnitude of the gravitational force exerted on that system.

    • 2.6.C.1 The magnitude of the apparent weight of a system is the magnitude of the normal force exerted on the system.
    • 2.6.C.2 If the system is accelerating, the apparent weight of the system is not equal to the magnitude of the gravitational force exerted on the system.
    • 2.6.C.3 A system appears weightless when there are no forces exerted on the system or when the force of gravity is the only force exerted on the system.
    • 2.6.C.4 The equivalence principle states that an observer in a noninertial reference frame is unable to distinguish between an object's apparent weight and the gravitational force exerted on the object by a gravitational field.

    Learning Objective 2.6.D: Describe inertial and gravitational mass.

    • 2.6.D.1 Objects have inertial mass, or inertia, a property that determines how much an object's motion resists changes when interacting with another object.
    • 2.6.D.2 Gravitational mass is related to the force of attraction between two systems with mass.
    • 2.6.D.3 Inertial mass and gravitational mass have been experimentally verified to be equivalent.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.6.A: Mô tả sự tương tác hấp dẫn giữa hai vật thể hoặc hệ có khối lượng.

    • 2.6.A.1 Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton mô tả lực hấp dẫn giữa hai vật thể hoặc hệ tỷ lệ thuận trực tiếp với mỗi khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các trọng tâm của hệ.
      • Phương trình: $\left|\vec{F}_g\right| = G\dfrac{m_1 m_2}{r^2}$
      • 2.6.A.1.i Lực hấp dẫn là lực hút.
      • 2.6.A.1.ii Lực hấp dẫn luôn tác dụng dọc theo đường thẳng nối các trọng tâm của hai hệ đang tương tác.
      • 2.6.A.1.iii Lực hấp dẫn tác dụng lên một hệ có thể được xem là tác dụng lên trọng tâm của hệ đó.
    • 2.6.A.2 Trường lực mô phỏng tác dụng của một lực không tiếp xúc tác dụng lên một vật ở các vị trí khác nhau trong không gian.
      • 2.6.A.2.i Độ lớn của trường hấp dẫn tạo bởi một hệ có khối lượng $M$ tại một điểm trong không gian bằng tỷ số giữa lực hấp dẫn do hệ tác dụng lên vật thử có khối lượng $m$ và khối lượng của vật thử.
        • Phương trình: $\left|\vec{g}\right| = \dfrac{\left|\vec{F}_g\right|}{m} = G\dfrac{M}{r^2}$
      • 2.6.A.2.ii Nếu lực hấp dẫn là lực duy nhất tác dụng lên vật, thì gia tốc quan sát được của vật (m/s$^2$) có giá trị tuyệt đối bằng độ lớn của cường độ trường hấp dẫn (N/kg) tại vị trí đó.
    • 2.6.A.3 Lực hấp dẫn do một thiên thể tác dụng lên một vật nhỏ gần đó được gọi là trọng lượng.
      • Phương trình: $\text{Weight} = F_g = mg$

    Mục tiêu học tập 2.6.B: Mô tả các tình huống trong đó lực hấp dẫn có thể được coi là không đổi.

    • 2.6.B.1 Nếu sự thay đổi của lực hấp dẫn giữa các trọng tâm của hai hệ là không đáng kể khi vị trí tương đối của hai hệ thay đổi, thì lực hấp dẫn có thể được coi là không đổi tại mọi điểm giữa vị trí ban đầu và cuối cùng của hệ.
    • 2.6.B.2 Gần bề mặt Trái Đất, độ lớn của trường hấp dẫn là $g \approx 10 \text{ N/kg}$

    Mục tiêu học tập 2.6.C: Mô tả các điều kiện để độ lớn của trọng lượng biểu kiến của một hệ khác với độ lớn của lực hấp dẫn tác dụng lên hệ đó.

    • 2.6.C.1 Độ lớn của trọng lượng biểu kiến của một hệ là độ lớn của lực pháp tuyến tác dụng lên hệ.
    • 2.6.C.2 Nếu hệ đang gia tốc, trọng lượng biểu kiến của hệ không bằng độ lớn của lực hấp dẫn tác dụng lên hệ.
    • 2.6.C.3 Một hệ trông như mất trọng lượng khi không có lực nào tác dụng lên hệ hoặc khi lực hấp dẫn là lực duy nhất tác dụng lên hệ.
    • 2.6.C.4 Nguyên lý tương đương phát biểu rằng một quan sát viên trong hệ quy chiếu phi quán tính không thể phân biệt được giữa trọng lượng biểu kiến của một vật và lực hấp dẫn do trường hấp dẫn tác dụng lên vật đó.

    Mục tiêu học tập 2.6.D: Mô tả khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn.

    • 2.6.D.1 Các vật có khối lượng quán tính, hay quán tính, là thuộc tính quyết định mức độ chuyển động của vật chống lại sự thay đổi khi tương tác với một vật khác.
    • 2.6.D.2 Khối lượng hấp dẫn liên quan đến lực hút giữa hai hệ có khối lượng.
    • 2.6.D.3 Khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn đã được xác minh bằng thực nghiệm là tương đương nhau.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Orbital motion (Kepler's 2nd law)

    Near a planet's surface, the gravitational force (weight) is $F_g=mg$, directed down, where $g$ is the gravitational field strength 重力场强度. More generally, Newton's law of gravitation 万有引力定律 gives the attraction between any two masses:

    $$F_g=\frac{G m_1 m_2}{r^2},$$
    directed along the line joining them, weaker as the distance $r$ grows (an inverse-square law). Doubling the separation quarters the force.

    Two masses attract each other with equal, opposite, inverse-square forces along the line joining them
    Two masses attract each other with equal, opposite, inverse-square forces along the line joining them

    Worked example. A $2.0\ \text{kg}$ object weighs $19.6\ \text{N}$ on Earth ($g=9.8\ \text{m/s}^2$). On the Moon $g_{\text{Moon}}=1.6\ \text{m/s}^2$. Its mass is unchanged ($2.0\ \text{kg}$), but its weight becomes $F_g=mg=2.0\times1.6=3.2\ \text{N}$. Mass measures inertia; weight is a force that depends on where you are.

    Mass actually plays two distinct roles. Inertial mass 惯性质量 sets how strongly an object resists acceleration ($F=ma$); gravitational mass 引力质量 sets how strongly it attracts other masses ($F=Gm_1m_2/r^2$). Experiments confirm the two are equal – which is exactly why every object, heavy or light, falls with the same $g$.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    gravitational field strength/ˌɡrævɪˈteɪʃənl fiːld streŋθ/ cường độ trường hấp dẫn
    Newton's law of gravitation/ˈnjuːtnz lɔː ɒv ˌɡrævɪˈteɪʃn/ Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton
    Inertial mass/ɪˈnɜːʃl mæs/ Khối lượng quán tính
    gravitational mass/ˌɡrævɪˈteɪʃənl mæs/ Khối lượng hấp dẫn
    2.7

    Kinetic and Static Friction

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.7.A: Describe kinetic friction between two surfaces

    • 2.7.A.1 Kinetic friction occurs when two surfaces in contact move relative to each other.
      • 2.7.A.1.i The kinetic friction force is exerted in a direction opposite to the motion of each surface relative to the other surface.
      • 2.7.A.1.ii The force of friction between two surfaces does not depend on the size of the surface area of contact.
    • 2.7.A.2 The magnitude of the kinetic friction force exerted on an object is the product of the normal force the surface exerts on the object and the coefficient of kinetic friction.
      • Equation: $\left|\vec{F}_{f,k}\right| = \left|\mu_k \vec{F}_n\right|$
      • 2.7.A.2.i The coefficient of kinetic friction depends on the material properties of the surfaces that are in contact.
      • 2.7.A.2.ii Normal force is the perpendicular component of the force exerted on an object by the surface with which it is in contact; it is directed away from the surface.

    Learning Objective 2.7.B: Describe static friction between two surfaces.

    • 2.7.B.1 Static friction may occur between the contacting surfaces of two objects that are not moving relative to each other.
    • 2.7.B.2 Static friction adopts the value and direction required to prevent an object from slipping or sliding on a surface.
      • Equation: $\left|\vec{F}_{f,s}\right| \leq \left|\mu_s \vec{F}_n\right|$
      • 2.7.B.2.i Slipping and sliding refer to situations in which two surfaces are moving relative to each other.
      • 2.7.B.2.ii There exists a maximum value for which static friction will prevent an object from slipping on a given surface.
        • Equation: $F_{f,s,\max} = \mu_s F_n$
    • 2.7.B.3 The coefficient of static friction is typically greater than the coefficient of kinetic friction for a given pair of surfaces.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.7.A: Mô tả ma sát động giữa hai bề mặt

    • 2.7.A.1 Ma sát động xảy ra khi hai bề mặt tiếp xúc chuyển động tương đối với nhau.
      • 2.7.A.1.i Lực ma sát động được tác dụng theo hướng ngược lại với chuyển động của mỗi bề mặt so với bề mặt kia.
      • 2.7.A.1.ii Độ lớn lực ma sát giữa hai bề mặt không phụ thuộc vào diện tích bề mặt tiếp xúc.
    • 2.7.A.2 Độ lớn của lực ma sát động tác dụng lên một vật bằng tích của lực pháp tuyến mà bề mặt tác dụng lên vật và hệ số ma sát động.
      • Phương trình: $\left|\vec{F}_{f,k}\right| = \left|\mu_k \vec{F}_n\right|$
      • 2.7.A.2.i Hệ số ma sát động phụ thuộc vào các đặc tính vật liệu của các bề mặt tiếp xúc.
      • 2.7.A.2.ii Lực pháp tuyến là thành phần vuông góc của lực tác dụng lên vật bởi bề mặt tiếp xúc; nó hướng ra khỏi bề mặt.

    Mục tiêu học tập 2.7.B: Mô tả ma sát tĩnh giữa hai bề mặt.

    • 2.7.B.1 Ma sát tĩnh có thể xuất hiện giữa các bề mặt tiếp xúc của hai vật đang đứng yên tương đối với nhau.
    • 2.7.B.2 Ma sát tĩnh nhận giá trị và hướng cần thiết để ngăn vật trượt hoặc trượt trên bề mặt.
      • Phương trình: $\left|\vec{F}_{f,s}\right| \leq \left|\mu_s \vec{F}_n\right|$
      • 2.7.B.2.i Trượt và trượt refer đến các tình huống trong đó hai bề mặt chuyển động tương đối với nhau.
      • 2.7.B.2.ii Tồn tại một giá trị cực đại mà tại đó ma sát tĩnh sẽ ngăn vật trượt trên một bề mặt cho trước.
        • Phương trình: $F_{f,s,\max} = \mu_s F_n$
    • 2.7.B.3 Hệ số ma sát tĩnh thường lớn hơn hệ số ma sát động đối với một cặp bề mặt cho trước.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Friction 摩擦力 acts along a surface, opposing relative sliding (or the tendency to slide):

    • Kinetic friction 动摩擦 (while sliding): $f_k=\mu_k N$.
    • Static friction 静摩擦 (while not yet sliding): $f_s\le \mu_s N$ – it adjusts up to a maximum to prevent motion.

    Here $N$ is the normal force 法向力 (surface push, perpendicular to the surface) and $\mu$ is the coefficient of friction 摩擦系数.

    Worked example. A $5.0\ \text{kg}$ crate sits on a level floor with $\mu_s=0.40$. Will a horizontal push of $15\ \text{N}$ move it? On a level floor $N=mg=5.0\times9.8=49\ \text{N}$, so the largest static friction is $f_{s,\max}=\mu_s N=0.40\times49=19.6\ \text{N}$. The $15\ \text{N}$ push is smaller than $19.6\ \text{N}$, so friction rises to match it and the crate stays still.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Slide a block down a slope with friction

    Friction opposes motion up to a maximum $\mu N$. Tilt the slope until gravity's pull along it beats static friction and the block starts to slide.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Friction/ˈfrɪkʃn/ Ma sát
    Kinetic friction/kɪˈnetɪk ˈfrɪkʃn/ Ma sát động
    Static friction/ˈstætɪk ˈfrɪkʃn/ Ma sát nghỉ
    normal force/ˈnɔːml fɔːs/ lực pháp tuyến
    coefficient of friction/ˌkəʊɪˈfɪʃənt ɒv ˈfrɪkʃn/ hệ số ma sát
    2.8

    Spring Forces

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.8.A: Describe the force exerted on an object by an ideal spring

    • 2.8.A.1 An ideal spring has negligible mass and exerts a force that is proportional to the change in its length as measured from its relaxed length.
    • 2.8.A.2 The magnitude of the force exerted by an ideal spring on an object is given by Hooke's law:
      • Equation: $\vec{F}_s = -k\Delta\vec{x}$
    • 2.8.A.3 The force exerted on an object by a spring is always directed toward the equilibrium position of the object–spring system.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.8.A: Mô tả lực tác dụng lên một vật bởi một lò xo lý tưởng

    • 2.8.A.1 Một lò xo lý tưởng có khối lượng không đáng kể và tác dụng một lực tỷ lệ thuận với sự thay đổi chiều dài của nó so với chiều dài cân bằng (lò xo không bị biến dạng).
    • 2.8.A.2 Độ lớn của lực do lò xo lý tưởng tác dụng lên một vật được cho bởi định luật Hooke:
      • Phương trình: $\vec{F}_s = -k\Delta\vec{x}$
    • 2.8.A.3 Lực do lò xo tác dụng lên vật luôn hướng về vị trí cân bằng của hệ vật-lò xo.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Hooke's law & the elastic limit

    An ideal spring exerts a restoring force 回复力 proportional to its stretch or compression – Hooke's law 胡克定律:

    $$F_s=-kx,$$
    where $k$ is the spring constant 弹簧常数 (stiffness) and $x$ is the displacement from the spring's natural length. The minus sign means the force points back toward equilibrium.

    Hooke's law: extension is proportional to load up to the limit of proportionality
    Hooke's law: extension is proportional to load up to the limit of proportionality

    Worked example. A spring with $k=200\ \text{N/m}$ hangs vertically and a $0.50\ \text{kg}$ mass is hung on it. How far does it stretch at rest? At rest the spring force balances the weight, $kx=mg$, so

    $$x=\frac{mg}{k}=\frac{0.50\times9.8}{200}=0.025\ \text{m}=2.5\ \text{cm}.$$

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Stretch a spring (Hooke's law)

    A spring's force is proportional to its extension, $F=kx$ (Hooke's law). Pull harder and the extension grows in step — until the spring's limit.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    restoring force/rɪˈstɔːrɪŋ fɔːs/ lực phục hồi
    Hooke's law/hʊks lɔː/ định luật Hooke
    spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ hằng số lò xo
    2.9

    Circular Motion

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 2.9.A: Describe the motion of an object traveling in a circular path.

    • 2.9.A.1 Centripetal acceleration is the component of an object's acceleration directed toward the center of the object's circular path.
      • 2.9.A.1.i The magnitude of centripetal acceleration for an object moving in a circular path is the ratio of the object's tangential speed squared to the radius of the circular path.
        • Equation: $a_c = \dfrac{v^2}{r}$
      • 2.9.A.1.ii Centripetal acceleration is directed toward the center of an object's circular path.
    • 2.9.A.2 Centripetal acceleration can result from a single force, more than one force, or components of forces exerted on an object in circular motion.
      • 2.9.A.2.i At the top of a vertical, circular loop, an object requires a minimum speed to maintain circular motion. At this point, and with this minimum speed, the gravitational force is the only force that causes the centripetal acceleration.
        • Equation: $v = \sqrt{gr}$
      • 2.9.A.2.ii Components of the static friction force and the normal force can contribute to the net force producing centripetal acceleration of an object traveling in a circle on a banked surface.
      • 2.9.A.2.iii A component of tension contributes to the net force producing centripetal acceleration experienced by a conical pendulum.
    • 2.9.A.3 Tangential acceleration is the rate at which an object's speed changes and is directed tangent to the object's circular path.
    • 2.9.A.4 The net acceleration of an object moving in a circle is the vector sum of the centripetal acceleration and tangential acceleration.
    • 2.9.A.5 The revolution of an object traveling in a circular path at a constant speed (uniform circular motion) can be described using period and frequency.
      • 2.9.A.5.i The time to complete one full circular path, one full rotation, or a full cycle of oscillatory motion is defined as period, $T$.
      • 2.9.A.5.ii The rate at which an object is completing revolutions is defined as frequency, $f$.
        • Equation: $T = \dfrac{1}{f}$
      • 2.9.A.5.iii For an object traveling at a constant speed in a circular path, the period is given by the derived equation
        • Equation: $T = \dfrac{2\pi r}{v}$

    Learning Objective 2.9.B: Describe circular orbits using Kepler's third law.

    • 2.9.B.1 For a satellite in circular orbit around a central body, the satellite's centripetal acceleration is caused only by gravitational attraction. The period and radius of the circular orbit are related to the mass of the central body.
      • Equation: $T^2 = \dfrac{4\pi^2}{GM} R^3$

    Boundary statement: AP Physics 1 only expects students to quantitatively analyze banked curves in which no friction is required to maintain uniform circular motion. Analysis of situations in which friction is required on a banked curve is limited to qualitative descriptions.

    Boundary statement: AP Physics 1 does not expect students to know Kepler's first or second laws of planetary motion.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 2.9.A: Mô tả chuyển động của một vật di chuyển theo quỹ đạo tròn.

    • 2.9.A.1 Gia tốc hướng tâm là thành phần gia tốc của vật hướng về tâm của quỹ đạo tròn.
      • 2.9.A.1.i Độ lớn của gia tốc hướng tâm đối với vật chuyển động theo quỹ đạo tròn bằng bình phương vận tốc tiếp tuyến chia cho bán kính quỹ đạo tròn.
        • Phương trình: $a_c = \dfrac{v^2}{r}$
      • 2.9.A.1.ii Gia tốc hướng tâm hướng về tâm của quỹ đạo tròn của vật.
    • 2.9.A.2 Gia tốc hướng tâm có thể xuất phát từ một lực đơn lẻ, nhiều lực, hoặc các thành phần của lực tác dụng lên vật đang chuyển động tròn.
      • 2.9.A.2.i Ở điểm cao nhất của vòng tròn thẳng đứng, vật cần một vận tốc tối thiểu để duy trì chuyển động tròn. Tại thời điểm này, với vận tốc tối thiểu đó, lực hấp dẫn là lực duy nhất gây ra gia tốc hướng tâm.
        • Phương trình: $v = \sqrt{gr}$
      • 2.9.A.2.ii Các thành phần của lực ma sát tĩnh và lực pháp tuyến có thể đóng góp vào hợp lực tạo ra gia tốc hướng tâm của vật di chuyển trên bề mặt dốc.
      • 2.9.A.2.iii Một thành phần của lực căng dây đóng góp vào hợp lực tạo ra gia tốc hướng tâm mà con lắc hình nón trải qua.
    • 2.9.A.3 Gia tốc tiếp tuyến là tốc độ thay đổi vận tốc của vật và hướng tiếp tuyến với quỹ đạo tròn của vật.
    • 2.9.A.4 Hợp gia tốc của vật chuyển động theo đường tròn là tổng vector của gia tốc hướng tâm và gia tốc tiếp tuyến.
    • 2.9.A.5 Chuyển động quay của vật di chuyển theo quỹ đạo tròn với vận tốc không đổi (chuyển động tròn đều) có thể được mô tả bằng chu kỳ và tần số.
      • 2.9.A.5.i Thời gian để hoàn thành một vòng tròn đầy đủ, một vòng quay đầy đủ, hoặc một chu kỳ dao động đầy đủ được định nghĩa là chu kỳ, $T$.
      • 2.9.A.5.ii Tốc độ mà vật hoàn thành các vòng quay được định nghĩa là tần số, $f$.
        • Phương trình: $T = \dfrac{1}{f}$
      • 2.9.A.5.iii Đối với vật di chuyển với vận tốc không đổi theo quỹ đạo tròn, chu kỳ được cho bởi phương trình suy ra
        • Phương trình: $T = \dfrac{2\pi r}{v}$

    Mục tiêu học tập 2.9.B: Mô tả quỹ đạo tròn sử dụng định luật thứ ba Kepler.

    • 2.9.B.1 Đối với vệ tinh trong quỹ đạo tròn quanh một thiên thể trung tâm, gia tốc hướng tâm của vệ tinh chỉ do lực hấp dẫn gây ra. Chu kỳ và bán kính quỹ đạo tròn liên hệ với khối lượng của thiên thể trung tâm.
      • Phương trình: $T^2 = \dfrac{4\pi^2}{GM} R^3$

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 1 chỉ yêu cầu học sinh phân tích định lượng các cung đường dốc trong đó không cần ma sát để duy trì chuyển động tròn đều. Phân tích các tình huống cần ma sát trên cung đường dốc chỉ giới hạn ở mô tả định tính.

    Tuyên bố biên: AP Physics 1 không yêu cầu học sinh biết Quy luật I hay Quy luật II chuyển động hành tinh của Kepler.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Uniform circular motion

    An object moving in a circle at constant speed still accelerates, because its velocity direction keeps changing. This centripetal acceleration 向心加速度 points toward the center:

    $$a_c=\frac{v^2}{r}.$$
    It is produced by a net inward (centripetal) force 向心力 $F_c=\dfrac{mv^2}{r}$ – supplied by whatever real force points inward (tension, gravity, friction, normal). The time for one full revolution is the period 周期 $T$, and the number of revolutions per second is the frequency 频率 $f$; they are reciprocals, $f = 1/T$, and the same definitions describe any rotation or oscillation.There is no separate outward force; "centrifugal" is only an apparent effect.

    The velocity points along the tangent; the centripetal force and acceleration point to the centre
    The velocity points along the tangent; the centripetal force and acceleration point to the centre

    Worked example. A $0.30\ \text{kg}$ ball on a string is whirled in a horizontal circle of radius $0.80\ \text{m}$ at $4.0\ \text{m/s}$. Find the tension in the string. The tension supplies the whole centripetal force:

    $$T=\frac{mv^2}{r}=\frac{0.30\times4.0^2}{0.80}=6.0\ \text{N}.$$
    If the string can take at most $6.0\ \text{N}$, this is the fastest the ball can go at that radius – spin any faster and the string breaks.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    centripetal acceleration/senˈtrɪpɪtl əkˌseləˈreɪʃn/ gia tốc hướng tâm
    net inward (centripetal) force/net ˈɪnwəd fɔːs/ Lực hướng tâm (ly tâm) hợp
    period/ˈpɪərɪəd/ chu kỳ
    frequency/ˈfriːkwənsi/ tần số
    2.9

    Exam tips

    • Always draw a free-body diagram first: only real forces on the chosen object (weight, normal, tension, friction, applied) — never an "$ma$" arrow.
    • Apply $\sum F = ma$ one axis at a time; on an incline resolve gravity into $mg\sin\theta$ (along) and $mg\cos\theta$ (perpendicular).
    • A Newton's third-law pair acts on two different objects — a book's weight and the table's normal force are not a pair (both act on the book).
    • Static friction adjusts up to $\mu_s N$ (use it to test whether motion starts); once sliding, use kinetic friction $f_k=\mu_k N$.
    • Circular motion needs a net inward (centripetal) force $mv^2/r$ supplied by a real force — there is no outward "centrifugal" force.
  • 3

    Work, Energy, and Power · ⁨Công, năng lượng và công suất⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    3.1

    Translational Kinetic Energy

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 3.1.A: Describe the translational kinetic energy of an object in terms of the object's mass and velocity.

    • 3.1.A.1 An object's translational kinetic energy is given by the equation
      • Equation: $K = \dfrac{1}{2}mv^2$
    • 3.1.A.2 Translational kinetic energy is a scalar quantity.
    • 3.1.A.3 Different observers may measure different values of the translational kinetic energy of an object, depending on the observer's frame of reference.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 3.1.A: Mô tả động năng tịnh tiến của một vật dựa trên khối lượng và vận tốc của vật đó.

    • 3.1.A.1 Động năng tịnh tiến của một vật được cho bởi phương trình
      • Phương trình: $K = \dfrac{1}{2}mv^2$
    • 3.1.A.2 Động năng tịnh tiến là đại lượng vô hướng.
    • 3.1.A.3 Các quan sát viên khác nhau có thể đo được các giá trị khác nhau của động năng tịnh tiến của một vật, tùy thuộc vào hệ quy chiếu của họ.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Energy 能量 is the capacity to do work, measured in joules 焦耳 (J). A moving object has kinetic energy 动能:

    $$K=\tfrac{1}{2}mv^2.$$
    It depends on the square of the speed, so doubling the speed quadruples the kinetic energy. Kinetic energy is a scalar and is never negative.

    Worked example. A $1500\ \text{kg}$ car travels at $20\ \text{m/s}$. Its kinetic energy is $K=\tfrac12\times1500\times20^2=3.0\times10^{5}\ \text{J}=300\ \text{kJ}$. If it speeds up to $40\ \text{m/s}$ (double), the kinetic energy becomes $4\times$ larger, $1200\ \text{kJ}$ – which is why stopping distance grows so fast with speed.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Energy/ˈenədʒi/ Năng lượng
    joules/dʒuːlz/ joules
    kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ động năng
    3.2

    Work

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 3.2.A: Describe the work done on an object or system by a given force or collection of forces.

    • 3.2.A.1 Work is the amount of energy transferred into or out of a system by a force exerted on that system over a distance.
      • 3.2.A.1.i The work done by a conservative force exerted on a system is path-independent and only depends on the initial and final configurations of that system.
      • 3.2.A.1.ii The work done by a conservative force on a system—or the change in the potential energy of the system—will be zero if the system returns to its initial configuration.
      • 3.2.A.1.iii Potential energies are associated only with conservative forces.
      • 3.2.A.1.iv The work done by a nonconservative force is path-dependent.
      • 3.2.A.1.v Examples of nonconservative forces are friction and air resistance.
    • 3.2.A.2 Work is a scalar quantity that may be positive, negative, or zero.
    • 3.2.A.3 The amount of work done on a system by a constant force is related to the components of that force and the displacement of the point at which that force is exerted.
      • 3.2.A.3.i Only the component of the force exerted on a system that is parallel to the displacement of the point of application of the force will change the system's total energy.
        • Equation: $W = F_{\parallel}d = Fd\cos\theta$
      • 3.2.A.3.ii The component of the force exerted on a system perpendicular to the direction of the displacement of the system's center of mass can change the direction of the system's motion without changing the system's kinetic energy.
    • 3.2.A.4 The work-energy theorem states that the change in an object's kinetic energy is equal to the sum of the work (net work) being done by all forces exerted on the object.
      • Equation: $\Delta K = \sum_{i} W_i = \sum_{i} F_{\parallel,i}\,d$
      • 3.2.A.4.i An external force may change the configuration of a system. The component of the external force parallel to the displacement times the displacement of the point of application of the force gives the change in kinetic energy of the system.
      • 3.2.A.4.ii If the system's center of mass and the point of application of the force move the same distance when a force is exerted on a system, then the system may be modeled as an object, and only the system's kinetic energy can change.
      • 3.2.A.4.iii The energy dissipated by friction is typically equated to the force of friction times the length of the path over which the force is exerted
        • Equation: $\Delta E_{\text{mech}} = F_f\,d\cos\theta$
    • 3.2.A.5 Work is equal to the area under the curve of a graph of $F_{\parallel}$ as a function of displacement.

    Boundary statement: AP Physics 1 only expects students to analyze the transfer of mechanical energy (as defined in Unit 3, Topic 4: Conservation of Energy), although students should be aware that mechanical energy may be dissipated in the form of thermal energy or sound. In AP Physics 2, students will also study how thermal energy can be transferred between systems through heating or cooling.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 3.2.A: Mô tả công thực hiện lên một vật hoặc hệ thống bởi một lực đã cho hoặc một tập hợp các lực.

    • 3.2.A.1 Công là lượng năng lượng được truyền vào hoặc ra khỏi một hệ thống bởi một lực tác dụng lên hệ thống đó trong một khoảng cách.
      • 3.2.A.1.i Công do một lực bảo toàn tác dụng lên một hệ thống không phụ thuộc vào đường đi và chỉ phụ thuộc vào trạng thái ban đầu và cuối cùng của hệ thống đó.
      • 3.2.A.1.ii Công do một lực bảo toàn tác dụng lên một hệ thống—hoặc sự thay đổi thế năng của hệ thống—sẽ bằng không nếu hệ thống trở lại trạng thái ban đầu của nó.
      • 3.2.A.1.iii Thế năng chỉ liên quan đến các lực bảo toàn.
      • 3.2.A.1.iv Công do một lực phi bảo toàn phụ thuộc vào đường đi.
      • 3.2.A.1.v Ví dụ về các lực phi bảo toàn là lực ma sát và lực cản không khí.
    • 3.2.A.2 Công là đại lượng vô hướng có thể mang giá trị dương, âm hoặc bằng không.
    • 3.2.A.3 Độ lớn công thực hiện lên một hệ thống bởi một lực không đổi liên quan đến các thành phần của lực đó và độ dịch chuyển của điểm đặt lực.
      • 3.2.A.3.i Chỉ có thành phần của lực tác dụng lên hệ thống song song với độ dịch chuyển của điểm đặt lực mới làm thay đổi tổng năng lượng của hệ thống.
        • Phương trình: $W = F_{\parallel}d = Fd\cos\theta$
      • 3.2.A.3.ii Thành phần của lực tác dụng lên hệ thống vuông góc với phương độ dịch chuyển của trọng tâm hệ thống có thể làm thay đổi hướng chuyển động của hệ thống mà không làm thay đổi động năng của hệ thống.
    • 3.2.A.4 Định lý động năng nói rằng sự thay đổi động năng của một vật bằng tổng công (công hợp) được thực hiện bởi tất cả các lực tác dụng lên vật đó.
      • Phương trình: $\Delta K = \sum_{i} W_i = \sum_{i} F_{\parallel,i}\,d$
      • 3.2.A.4.i Một lực bên ngoài có thể làm thay đổi cấu hình của một hệ thống. Thành phần của lực bên ngoài song song với độ dịch chuyển nhân với độ dịch chuyển của điểm đặt lực sẽ cho sự thay đổi động năng của hệ thống.
      • 3.2.A.4.ii Nếu trọng tâm của hệ thống và điểm đặt lực di chuyển cùng một khoảng cách khi một lực tác dụng lên hệ thống, thì hệ thống có thể được mô hình hóa như một vật, và chỉ có động năng của hệ thống mới có thể thay đổi.
      • 3.2.A.4.iii Năng lượng bị tiêu tán do ma sát thường được coi bằng lực ma sát nhân với chiều dài đường đi mà lực đó tác dụng.
        • Phương trình: $\Delta E_{\text{mech}} = F_f\,d\cos\theta$
    • 3.2.A.5 Công bằng diện tích dưới đường cong của biểu đồ $F_{\parallel}$ theo hàm của độ dịch chuyển.

    Tuyên bố biên: AP Physics 1 chỉ yêu cầu học sinh phân tích sự truyền tải cơ năng (như được định nghĩa trong Đơn vị 3, Chủ đề 4: Bảo toàn Cơ năng), mặc dù học sinh nên nhận thức rằng cơ năng có thể bị tiêu tán dưới dạng nhiệt năng hoặc âm thanh. Trong AP Physics 2, học sinh cũng sẽ nghiên cứu cách nhiệt năng có thể được truyền giữa các hệ thông qua việc làm nóng hoặc làm mát.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Work 功 is energy transferred by a force acting over a displacement:

    $$W=F\,d\cos\theta,$$
    where $\theta$ is the angle between the force and the displacement. Work is positive when the force has a component along the motion (adds energy), negative when it opposes the motion (removes energy), and zero when the force is perpendicular. On a force–position graph, work is the area under the curve. The work–energy theorem 动能定理 states that the net work equals the change in kinetic energy: $W_{\text{net}}=\Delta K$.

    Only the force component along the displacement does work
    Only the force component along the displacement does work

    Worked example. A $2.0\ \text{kg}$ block moving at $3.0\ \text{m/s}$ on a frictionless floor is pushed by a $5.0\ \text{N}$ force over $4.0\ \text{m}$ in the direction of motion. Find its final speed. The net work is $W=Fd=5.0\times4.0=20\ \text{J}$, and by the work–energy theorem $W=\tfrac12 m(v^2-v_0^2)$:

    $$20=\tfrac12\times2.0\times(v^2-3.0^2)\;\Rightarrow\;v^2=29\;\Rightarrow\;v=5.4\ \text{m/s}.$$

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Work/wɜːk/ Công
    work–energy theorem/wɜːk ˈenədʒi ˈθɪərəm/ Định lý công – năng lượng
    3.3

    Potential Energy

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 3.3.A: Describe the potential energy of a system.

    • 3.3.A.1 A system composed of two or more objects has potential energy if the objects within that system only interact with each other through conservative forces.
    • 3.3.A.2 Potential energy is a scalar quantity associated with the position of objects within a system.
    • 3.3.A.3 The definition of zero potential energy for a given system is a decision made by the observer considering the situation to simplify or otherwise assist in analysis.
    • 3.3.A.4 The potential energy of common physical systems can be described using the physical properties of that system.
      • 3.3.A.4.i The elastic potential energy of an ideal spring is given by the following equation, where $\Delta x$ is the distance the spring has been stretched or compressed from its equilibrium length.
        • Equation: $U_s = \dfrac{1}{2}k(\Delta x)^2$
      • 3.3.A.4.ii The general form for the gravitational potential energy of a system consisting of two approximately spherical distributions of mass (e.g., moons, planets or stars) is given by the equation
        • Equation: $U_g = -G\dfrac{m_1 m_2}{r}$
      • 3.3.A.4.iii Because the gravitational field near the surface of a planet is nearly constant, the change in gravitational potential energy in a system consisting of an object with mass $m$ and a planet with gravitational field of magnitude $g$ when the object is near the surface of the planet may be approximated by the equation
        • Equation: $\Delta U_g = mg\Delta y$
    • 3.3.A.5 The total potential energy of a system containing more than two objects is the sum of the potential energy of each pair of objects within the system.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 3.3.A: Mô tả thế năng của một hệ thống.

    • 3.3.A.1 Một hệ thống gồm hai hoặc nhiều vật có thế năng nếu các vật trong hệ thống đó chỉ tương tác với nhau thông qua các lực bảo toàn.
    • 3.3.A.2 Thế năng là đại lượng vô hướng liên quan đến vị trí của các vật trong một hệ thống.
    • 3.3.A.3 Việc xác định mức thế năng bằng không cho một hệ thống nhất định là quyết định của người quan sát xem xét tình huống để đơn giản hóa hoặc hỗ trợ việc phân tích.
    • 3.3.A.4 Thế năng của các hệ vật lý thông thường có thể được mô tả bằng các tính chất vật lý của hệ thống đó.
      • 3.3.A.4.i Thế năng đàn hồi của một lò xo lý tưởng được cho bởi phương trình sau, trong đó $\Delta x$ là khoảng cách lò xo bị kéo dãn hoặc nén từ độ dài cân bằng của nó.
        • Phương trình: $U_s = \dfrac{1}{2}k(\Delta x)^2$
      • 3.3.A.4.ii Dạng tổng quát cho thế năng hấp dẫn của một hệ thống gồm hai phân bố khối lượng xấp xỉ hình cầu (ví dụ: vệ tinh, hành tinh hoặc sao) được cho bởi phương trình
        • Phương trình: $U_g = -G\dfrac{m_1 m_2}{r}$
      • 3.3.A.4.iii Vì trường hấp dẫn gần bề mặt một hành tinh gần như không đổi, sự thay đổi thế năng hấp dẫn trong một hệ thống gồm một vật có khối lượng $m$ và một hành tinh có độ lớn trường hấp dẫn $g$ khi vật nằm gần bề mặt hành tinh có thể được xấp xỉ bởi phương trình
        • Phương trình: $\Delta U_g = mg\Delta y$
    • 3.3.A.5 Tổng thế năng của một hệ thống chứa hơn hai vật là tổng thế năng của từng cặp vật trong hệ thống.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Potential energy 势能 is stored energy that depends on position or configuration:

    • Gravitational potential energy 重力势能 near the surface: $U_g=mgh$ (height $h$ above a reference level).
    • Elastic potential energy 弹性势能 in a spring: $U_s=\tfrac{1}{2}kx^2$.

    Potential energy is defined only for conservative forces 保守力 (gravity, springs), for which the stored energy depends on position, not path. Only changes in potential energy matter, so you may put the zero level wherever is convenient.

    The $U_g=mgh$ form only holds near a surface where $g$ is roughly constant. The general form, for two spherical masses a distance $r$ apart, is

    $$U_g=-\frac{G m_1 m_2}{r}.$$
    It is negative and defined to be zero at infinite separation, so gravitational PE rises toward zero as the masses move apart. $mgh$ is simply its near-surface approximation. (This is the form you need for satellites and escape speed.)

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Store elastic potential energy in a spring

    Stretching a spring stores elastic potential energy $\tfrac12 kx^2$ — the area under the force-extension line. Release it and that energy becomes kinetic. · ⁨Kéo dài lò xo sẽ tích trữ thế năng đàn hồi $\tfrac12 kx^2$ — diện tích dưới đường cong lực - độ dãn. Thả ra thì năng lượng đó chuyển thành động năng.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Potential energy/pəˈtenʃl ˈenədʒi/ Thế năng
    Gravitational potential energy/ˌɡrævɪˈteɪʃənl pəˈtenʃl ˈenədʒi/ Thế năng hấp dẫn
    Elastic potential energy/ɪˈlæstɪk pəˈtenʃl ˈenədʒi/ Năng lượng đàn hồi
    conservative forces/kənˈsɜːvətɪv ˈfɔːsɪz/ Lực bảo toàn
    3.4

    Conservation of Energy

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 3.4.A: Describe the energies present in a system.

    • 3.4.A.1 A system composed of only a single object can only have kinetic energy.
    • 3.4.A.2 A system that contains objects that interact via conservative forces or that can change its shape reversibly may have both kinetic and potential energies.

    Learning Objective 3.4.B: Describe the behavior of a system using conservation of mechanical energy principles.

    • 3.4.B.1 Mechanical energy is the sum of a system's kinetic and potential energies.
    • 3.4.B.2 Any change to a type of energy within a system must be balanced by an equivalent change of other types of energies within the system or by a transfer of energy between the system and its surroundings.
    • 3.4.B.3 A system may be selected so that the total energy of that system is constant.
    • 3.4.B.4 If the total energy of a system changes, that change will be equivalent to the energy transferred into or out of the system.

    Learning Objective 3.4.C: Describe how the selection of a system determines whether the energy of that system changes.

    • 3.4.C.1 Energy is conserved in all interactions.
    • 3.4.C.2 If the work done on a selected system is zero and there are no nonconservative interactions within the system, the total mechanical energy of the system is constant.
    • 3.4.C.3 If the work done on a selected system is nonzero, energy is transferred between the system and the environment.

    Boundary statement: AP Physics 1 expects students to know that mechanical energy can be dissipated as thermal energy or sound by nonconservative forces.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 3.4.A: Mô tả các dạng năng lượng tồn tại trong một hệ thống.

    • 3.4.A.1 Một hệ thống chỉ bao gồm một vật duy nhất chỉ có thể có động năng.
    • 3.4.A.2 Một hệ thống chứa các vật tương tác thông qua lực bảo toàn hoặc có thể thay đổi hình dạng thuận nghịch có thể có cả động năng và thế năng.

    Mục tiêu học tập 3.4.B: Mô tả hành vi của một hệ thống sử dụng các nguyên tắc bảo toàn cơ năng.

    • 3.4.B.1 Cơ năng là tổng của động năng và thế năng của một hệ.
    • 3.4.B.2 Mọi sự thay đổi của một dạng năng lượng trong hệ phải được cân bằng bởi một sự thay đổi tương đương của các dạng năng lượng khác trong hệ hoặc do sự truyền năng lượng giữa hệ và môi trường xung quanh.
    • 3.4.B.3 Một hệ có thể được chọn sao cho tổng năng lượng của hệ đó không đổi.
    • 3.4.B.4 Nếu tổng năng lượng của một hệ thay đổi, thì sự thay đổi đó sẽ tương đương với năng lượng được truyền vào hoặc ra khỏi hệ.

    Mục tiêu học tập 3.4.C: Mô tả cách việc lựa chọn hệ xác định liệu năng lượng của hệ có thay đổi hay không.

    • 3.4.C.1 Năng lượng được bảo toàn trong mọi tương tác.
    • 3.4.C.2 Nếu công thực hiện lên một hệ đã chọn bằng 0 và không có các tương tác phi bảo toàn nào bên trong hệ, thì tổng cơ năng của hệ là không đổi.
    • 3.4.C.3 Nếu công thực hiện lên một hệ thống được chọn khác không, năng lượng được truyền tải giữa hệ thống và môi trường.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 1 yêu cầu học sinh biết rằng cơ năng có thể bị phân tán thành nhiệt năng hoặc âm thanh thông qua các lực phi bảo toàn.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Energy conservation: KE ⇄ PE
    A roller coaster with tall loops of green and red track against the sky
    A roller coaster trades energy back and forth: it is highest (most potential energy) at the top and fastest (most kinetic energy) at the bottom

    The total mechanical energy 机械能 is $E=K+U$. When only conservative forces do work, mechanical energy is conserved 守恒:

    $$K_1+U_1=K_2+U_2.$$
    When friction or other non-conservative forces act, they transfer mechanical energy to thermal energy 热能; then the general statement is that total energy (including thermal) is conserved. Energy bar charts are a good way to track where the energy goes.

    A swinging pendulum trades gravitational potential energy for kinetic energy and back
    A swinging pendulum trades gravitational potential energy for kinetic energy and back

    Worked example. A ball is released from rest at the top of a frictionless ramp $5.0\ \text{m}$ high. Find its speed at the bottom. All the gravitational potential energy becomes kinetic energy:

    $$mgh=\tfrac12 mv^2\;\Rightarrow\;v=\sqrt{2gh}=\sqrt{2\times9.8\times5.0}=9.9\ \text{m/s}.$$
    The mass cancels, so every object reaches the same speed – exactly the free-fall result, now got from energy. If instead $30\ \text{J}$ were lost to friction, you would subtract it: $mgh-30=\tfrac12 mv^2$.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Watch energy convert as an object falls

    With no friction, mechanical energy is conserved: as an object falls, gravitational potential energy turns into kinetic energy while the total stays fixed. · ⁨Không có ma sát, cơ năng được bảo toàn: khi vật rơi, năng lượng thế trọng lực chuyển hóa thành năng lượng động trong khi tổng năng lượng không đổi.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    total mechanical energy/ˈtəʊtl mɪˈkænɪkl ˈenədʒi/ Tổng năng lượng cơ học
    conserved/kənˈsɜːvd/ bảo toàn
    thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ năng lượng nhiệt
    3.5

    Power

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 3.5.A: Describe the transfer of energy into, out of, or within a system in terms of power.

    • 3.5.A.1 Power is the rate at which energy changes with respect to time, either by transfer into or out of a system or by conversion from one type to another within a system.
    • 3.5.A.2 Average power is the amount of energy being transferred or converted, divided by the time it took for that transfer or conversion to occur.
      • Equation: $P_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta E}{\Delta t}$
    • 3.5.A.3 Because work is the change in energy of an object or system due to a force, average power is the total work done, divided by the time during which that work was done.
      • Equation: $P_{\text{avg}} = \dfrac{W}{\Delta t}$
    • 3.5.A.4 The instantaneous power delivered to an object by the component of a constant force parallel to the object's velocity can be described with the derived equation.
      • Equation: $P_{\text{inst}} = F_{\parallel}v = Fv\cos\theta$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 3.5.A: Mô tả sự truyền năng lượng vào, ra khỏi hoặc bên trong một hệ dưới góc độ công suất.

    • 3.5.A.1 Công suất là tốc độ mà năng lượng thay đổi theo thời gian, thông qua sự truyền vào hoặc ra khỏi hệ, hoặc thông qua sự chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác bên trong hệ.
    • 3.5.A.2 Công suất trung bình là lượng năng lượng được truyền hoặc chuyển đổi, chia cho thời gian cần thiết để quá trình truyền hoặc chuyển đổi đó xảy ra.
      • Phương trình: $P_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta E}{\Delta t}$
    • 3.5.A.3 Vì công là sự thay đổi năng lượng của một vật hoặc hệ do một lực gây ra, nên công suất trung bình là tổng công thực hiện, chia cho thời gian diễn ra công đó.
      • Phương trình: $P_{\text{avg}} = \dfrac{W}{\Delta t}$
    • 3.5.A.4 Công suất tức thời cung cấp cho một vật bởi thành phần của lực không đổi song song với vận tốc của vật có thể được mô tả bằng phương trình suy ra.
      • Phương trình: $P_{\text{inst}} = F_{\parallel}v = Fv\cos\theta$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Power 功率 is the rate of doing work or transferring energy, measured in watts 瓦特 (W):

    $$P=\frac{W}{\Delta t}=\frac{\Delta E}{\Delta t},\qquad\text{and instantaneously}\qquad P=Fv.$$
    So the same job done faster requires more power. On an energy–time graph, power is the slope.

    Power is the slope of the work-time graph: the same work in less time means more power
    Power is the slope of the work-time graph: the same work in less time means more power

    Worked example. A motor lifts a $50\ \text{kg}$ load at a steady $2.0\ \text{m/s}$. Because it moves at constant speed, the lifting force equals the weight, so

    $$P=Fv=mgv=50\times9.8\times2.0=980\ \text{W}.$$

    Real machines waste some energy, so we quote efficiency 效率 – useful output power divided by total input power. If this motor draws $1400\ \text{W}$ of electrical power to deliver $980\ \text{W}$ of useful lifting, its efficiency is $980/1400=0.70$, or $70\%$; the other $30\%$ becomes heat and sound.

    A waterfall: power is how quickly energy is transferred — the same drop in less time is more power
    A waterfall: power is how quickly energy is transferred — the same drop in less time is more power
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Power/ˈpaʊə/ Công suất
    watts/wɒts/ watt
    efficiency/ɪˈfɪʃənsi/ đầu ra hữu ích chia cho đầu vào tổng cộng
    3.5

    Exam tips

    • Use $W=Fd\cos\theta$: work is zero when the force is perpendicular to the motion, and negative when it opposes it.
    • Reach for the work–energy theorem ($W_{\text{net}}=\Delta K$) or energy conservation ($K_1+U_1=K_2+U_2$) instead of forces whenever the path is complicated.
    • When friction acts, mechanical energy is not conserved — subtract the energy lost to heat.
    • Remember $K\propto v^2$: doubling the speed quadruples the kinetic energy (and the stopping distance).
    • Use $P=Fv$ for power at a steady speed; at constant velocity the net force is zero but the power is not.
  • 4

    Linear Momentum · ⁨Động lượng tuyến tính⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    4.1

    Linear Momentum · ⁨Động lượng tuyến tính⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 4.1.A: Describe the linear momentum of an object or system.

    • 4.1.A.1 Linear momentum is defined by the equation $\vec{p} = m\vec{v}$.
      • Equation: $\vec{p} = m\vec{v}$
    • 4.1.A.2 Momentum is a vector quantity and has the same direction as the velocity.
    • 4.1.A.3 Momentum can be used to analyze collisions and explosions.
      • 4.1.A.3.i A collision is a model for an interaction where the forces exerted between the involved objects in the system are much larger than the net external force exerted on those objects during the interaction.
      • 4.1.A.3.ii As only the initial and final states of a collision are analyzed, the object model may be used to analyze collisions.
      • 4.1.A.3.iii An explosion is a model for an interaction in which forces internal to the system move objects within that system apart.

    Boundary statement: Unless otherwise stated, the general term "momentum" will refer specifically to linear momentum.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 4.1.A: Mô tả động lượng tuyến tính của một vật hoặc hệ.

    • 4.1.A.1 Động lượng tuyến tính được định nghĩa bởi phương trình $\vec{p} = m\vec{v}$.
      • Phương trình: $\vec{p} = m\vec{v}$
    • 4.1.A.2 Động lượng là đại lượng vector và có cùng hướng với vận tốc.
    • 4.1.A.3 Động lượng có thể được sử dụng để phân tích va chạm và vụ nổ.
      • 4.1.A.3.i Va chạm là mô hình cho một tương tác trong đó các lực tác dụng giữa các vật tham gia trong hệ lớn hơn rất nhiều so với ngoại lực ròng tác dụng lên các vật đó trong suốt quá trình tương tác.
      • 4.1.A.3.ii Vì chỉ trạng thái đầu và cuối của va chạm được phân tích, mô hình vật chất điểm có thể được dùng để phân tích va chạm.
      • 4.1.A.3.iii Vụ nổ là mô hình cho một tương tác trong đó các lực nội bộ của hệ đẩy các vật nằm trong hệ ra xa nhau.

    Tuyên bố giới hạn: Trừ khi có quy định khác, thuật ngữ chung "động lượng" sẽ chỉ cụ thể đến động lượng tuyến tính.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Linear momentum 动量 is mass times velocity – a vector pointing the same way as the velocity:

    $$\vec{p}=m\vec{v}.$$
    It measures "how hard it is to stop" a moving object. A heavy slow truck and a light fast ball can have the same momentum. Its unit is $\text{kg m/s}$, the same as $\text{N s}$.

    Tiếng Việt

    Động lượng tuyến tính là tích khối lượng và vận tốc – một vectơ chỉ cùng hướng với vận tốc:

    $$\vec{p}=m\vec{v}.$$
    Nó đo lường "sự khó khăn khi muốn dừng" một vật đang chuyển động. Một chiếc xe tải nặng di chuyển chậm và một quả bóng nhẹ di chuyển nhanh có thể có cùng động lượng. Đơn vị của nó là $\text{kg m/s}$, giống như $\text{N s}$.

    4.2

    Change in Momentum and Impulse · ⁨Sự biến thiên động lượng và Xung lực⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 4.2.A: Describe the impulse delivered to an object or system.

    • 4.2.A.1 The rate of change of momentum is equal to the net external force exerted on an object or system.
      • Equation: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t}$
    • 4.2.A.2 Impulse is defined as the product of the average force exerted on a system and the time interval during which that force is exerted on the system.
      • Equation: $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t$
    • 4.2.A.3 Impulse is a vector quantity and has the same direction as the net force exerted on the system.
    • 4.2.A.4 The impulse delivered to a system by a net external force is equal to the area under the curve of a graph of the net external force exerted on the system as a function of time.
    • 4.2.A.5 The net external force exerted on a system is equal to the slope of a graph of the momentum of the system as a function of time.

    Learning Objective 4.2.B: Describe the relationship between the impulse exerted on an object or a system and the change in momentum of the object or system.

    • 4.2.B.1 Change in momentum is the difference between a system's final momentum and its initial momentum.
      • Equation: $\Delta \vec{p} = \vec{p} - \vec{p}_0$
    • 4.2.B.2 The impulse–momentum theorem relates the impulse exerted on a system and the system's change in momentum.
      • Equation: $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t = \Delta \vec{p}$
    • 4.2.B.3 Newton's second law of motion is a direct result of the impulse–momentum theorem applied to systems with constant mass.
      • Equation: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t} = m\dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t} = m\vec{a}$

    Boundary statement: AP Physics 1 does not require students to quantitatively analyze systems in which the mass of the system changes with respect to time.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 4.2.A: Mô tả xung lượng tác dụng lên một vật hoặc hệ.

    • 4.2.A.1 Tốc độ biến thiên động lượng bằng với ngoại lực ròng tác dụng lên một vật hoặc hệ.
      • Phương trình: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t}$
    • 4.2.A.2 Xung lượng được định nghĩa là tích của lực trung bình tác dụng lên hệ và khoảng thời gian mà lực đó tác dụng lên hệ.
      • Phương trình: $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t$
    • 4.2.A.3 Xung lượng là đại lượng vector và có cùng hướng với ngoại lực ròng tác dụng lên hệ.
    • 4.2.A.4 Xung lượng tác dụng lên một hệ bởi ngoại lực ròng bằng diện tích phía dưới đường cong của đồ thị biểu diễn ngoại lực ròng tác dụng lên hệ theo hàm số thời gian.
    • 4.2.A.5 Ngoại lực ròng tác dụng lên một hệ bằng hệ số góc của đồ thị biểu diễn động lượng của hệ theo hàm số thời gian.

    Mục tiêu học tập 4.2.B: Mô tả mối liên hệ giữa xung lượng tác dụng lên một vật hoặc hệ và sự biến thiên động lượng của vật hoặc hệ đó.

    • 4.2.B.1 Sự biến thiên động lượng là hiệu giữa động lượng cuối và động lượng ban đầu của hệ.
      • Phương trình: $\Delta \vec{p} = \vec{p} - \vec{p}_0$
    • 4.2.B.2 Định lý xung lượng – động lượng liên hệ giữa xung lượng tác dụng lên hệ và sự biến thiên động lượng của hệ.
      • Phương trình: $\vec{J} = \vec{F}_{\text{avg}} \Delta t = \Delta \vec{p}$
    • 4.2.B.3 Định luật II Newton về chuyển động là kết quả trực tiếp của việc áp dụng định lý xung lượng – động lượng vào các hệ có khối lượng không đổi.
      • Phương trình: $\vec{F}_{\text{net}} = \dfrac{\Delta \vec{p}}{\Delta t} = m\dfrac{\Delta \vec{v}}{\Delta t} = m\vec{a}$

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 1 không yêu cầu học sinh phân tích định lượng các hệ mà khối lượng của hệ thay đổi theo thời gian.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A net force acting over time changes momentum. The impulse 冲量 delivered is

    $$\vec{J}=\vec{F}\,\Delta t=\Delta\vec{p}.$$
    This is the impulse–momentum theorem: impulse equals the change in momentum. On a force–time graph, impulse is the area under the curve. It explains why airbags and follow-through help – spreading the same momentum change over a longer time reduces the force.

    Worked example. A $0.15\ \text{kg}$ ball hits a wall at $20\ \text{m/s}$ and bounces straight back at $15\ \text{m/s}$. The contact lasts $0.020\ \text{s}$. Find the average force on the ball. Take the rebound direction as positive, so $u=-20\ \text{m/s}$ and $v=+15\ \text{m/s}$:

    $$\Delta p=m(v-u)=0.15\big(15-(-20)\big)=5.25\ \text{kg m/s},\qquad F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{5.25}{0.020}=260\ \text{N}.$$
    The sign work matters: forgetting that the velocity reverses is the most common mistake here.

    Tiếng Việt

    Hợp lực tác dụng trong một khoảng thời gian sẽ làm thay đổi động lượng. Xung lực được truyền là

    $$\vec{J}=\vec{F}\,\Delta t=\Delta\vec{p}.$$
    Đây là định lý xung lực - động lượng: xung lực bằng sự biến thiên động lượng. Trên đồ thị lực - thời gian, xung lực chính là diện tích dưới đường cong. Nó giải thích tại sao túi khí và kỹ thuật đẩy theo giúp giảm lực – phân bổ cùng một sự biến thiên động lượng trong khoảng thời gian dài hơn làm giảm lực.

    Xung lực là diện tích dưới đường cong lực - thời gian, bằng lực trung bình nhân với thời gian tiếp xúc
    Xung lực là diện tích dưới đường cong lực - thời gian, bằng lực trung bình nhân với thời gian tiếp xúc

    Ví dụ có lời giải. Một quả bóng khối lượng $0.15\ \text{kg}$ va chạm vào tường với vận tốc $20\ \text{m/s}$ và nảy ngược lại với vận tốc $15\ \text{m/s}$. Thời gian tiếp xúc kéo dài $0.020\ \text{s}$. Tìm lực trung bình tác dụng lên quả bóng. Lấy hướng nảy ngược lại là dương, nên $u=-20\ \text{m/s}$ và $v=+15\ \text{m/s}$:

    $$\Delta p=m(v-u)=0.15\big(15-(-20)\big)=5.25\ \text{kg m/s},\qquad F=\frac{\Delta p}{\Delta t}=\frac{5.25}{0.020}=260\ \text{N}.$$
    Dấu cộng/trừ rất quan trọng: quên rằng vận tốc đã đảo chiều là sai lầm phổ biến nhất ở đây.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Linear momentum/ˈlɪnɪə məʊˈmentəm/ Động lượng tuyến tính
    impulse/ˈɪmpʌls/ xung điện
    conserved/kənˈsɜːvd/ bảo toàn
    collisions/kəˈlɪʒnz/ Va chạm
    center-of-mass velocity/ˈsentə ɒv mæs vəˈlɒsɪti/ Vận tốc tâm khối
    4.3

    Conservation of Linear Momentum · ⁨Bảo toàn động lượng tuyến tính⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 4.3.A: Describe the behavior of a system using conservation of linear momentum.

    • 4.3.A.1 A collection of objects with individual momenta can be described as one system with one center-of-mass velocity.
      • 4.3.A.1.i For a collection of objects, the velocity of a system's center of mass can be calculated using the equation $\vec{v}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum \vec{p}_i}{\sum m_i} = \dfrac{\sum m_i \vec{v}_i}{\sum m_i}$.
      • 4.3.A.1.ii The velocity of a system's center of mass is constant in the absence of a net external force.
    • 4.3.A.2 The total momentum of a system is the sum of the momenta of the system's constituent parts.
    • 4.3.A.3 In the absence of net external forces, any change to the momentum of an object within a system must be balanced by an equivalent and opposite change of momentum elsewhere within the system. Any change to the momentum of a system is due to a transfer of momentum between the system and its surroundings.
      • 4.3.A.3.i The impulse exerted by one object on a second object is equal and opposite to the impulse exerted by the second object on the first. This is a direct result of Newton's third law.
      • 4.3.A.3.ii A system may be selected so that the total momentum of that system is constant.
      • 4.3.A.3.iii If the total momentum of a system changes, that change will be equivalent to the impulse exerted on the system.
        • Equation: $\vec{J} = \Delta \vec{p}$
    • 4.3.A.4 Correct application of conservation of momentum can be used to determine the velocity of a system immediately before and immediately after collisions or explosions.

    Boundary statement: AP Physics 1 includes a quantitative and qualitative treatment of conservation of momentum in one dimension and a semiquantitative treatment of conservation of momentum in two dimensions. Exam questions involving solution of simultaneous equations are not included in AP Physics 1, but the AP Physics 1 Exam may include questions that assess whether students can set up the equations properly and reason about how changing a given mass, speed, or angle would affect other quantities. AP Physics 2 includes a full treatment of conservation of momentum in two dimensions for problems that include one unknown final velocity.

    Learning Objective 4.3.B: Describe how the selection of a system determines whether the momentum of that system changes.

    • 4.3.B.1 Momentum is conserved in all interactions.
    • 4.3.B.2 If the net external force on the selected system is zero, the total momentum of the system is constant.
    • 4.3.B.3 If the net external force on the selected system is nonzero, momentum is transferred between the system and the environment.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 4.3.A: Mô tả hành vi của một hệ dựa trên nguyên lý bảo toàn động lượng tuyến tính.

    • 4.3.A.1 Một tập hợp các vật có động lượng riêng lẻ có thể được mô tả như một hệ duy nhất với một vận tốc tâm khối.
      • 4.3.A.1.i Đối với một tập hợp các vật, vận tốc tâm khối của hệ có thể được tính toán bằng phương trình $\vec{v}_{\text{cm}} = \dfrac{\sum \vec{p}_i}{\sum m_i} = \dfrac{\sum m_i \vec{v}_i}{\sum m_i}$.
      • 4.3.A.1.ii Vận tốc tâm khối của hệ không đổi khi không có ngoại lực ròng tác dụng.
    • 4.3.A.2 Tổng động lượng của một hệ bằng tổng các động lượng của các thành phần cấu tạo nên hệ.
    • 4.3.A.3 Trong điều kiện không có ngoại lực ròng, mọi sự thay đổi động lượng của một vật bên trong hệ phải được cân bằng bởi một sự thay đổi động lượng tương đương và ngược chiều ở nơi khác bên trong hệ. Mọi sự thay đổi động lượng của hệ là do sự truyền động lượng giữa hệ và môi trường xung quanh.
      • 4.3.A.3.i Xung lượng mà một vật tác dụng lên vật thứ hai bằng và ngược hướng với xung lượng mà vật thứ hai tác dụng lên vật đầu tiên. Đây là kết quả trực tiếp của Định luật III Newton.
      • 4.3.A.3.ii Một hệ thống có thể được chọn sao cho tổng động lượng của hệ thống đó không đổi.
      • 4.3.A.3.iii Nếu tổng động lượng của một hệ thống thay đổi, sự thay đổi đó sẽ tương đương với xung lực tác dụng lên hệ thống đó.
        • Phương trình: $\vec{J} = \Delta \vec{p}$
    • 4.3.A.4 Áp dụng đúng định luật bảo toàn động lượng có thể được sử dụng để xác định vận tốc của hệ ngay trước và ngay sau va chạm hoặc nổ.

    Tuyên bố giới hạn: AP Physics 1 bao gồm cách tiếp cận định lượng và định tính về bảo toàn động lượng theo một chiều và cách tiếp cận bán định lượng về bảo toàn động lượng theo hai chiều. Các câu hỏi thi liên quan đến việc giải hệ phương trình đồng nhất thức không nằm trong nội dung AP Physics 1, nhưng đề thi AP Physics 1 có thể bao gồm các câu hỏi đánh giá khả năng thiết lập phương trình đúng đắn và suy luận rằng việc thay đổi khối lượng, tốc độ hoặc góc cho trước sẽ ảnh hưởng như thế nào đến các đại lượng khác. AP Physics 2 bao gồm cách tiếp cận đầy đủ về bảo toàn động lượng theo hai chiều đối với các bài toán có một vận tốc cuối chưa biết.

    Mục tiêu học tập 4.3.B: Mô tả cách lựa chọn hệ quyết định liệu động lượng của hệ đó có thay đổi hay không.

    • 4.3.B.1 Động lượng được bảo toàn trong mọi tương tác.
    • 4.3.B.2 Nếu hợp lực bên ngoài tác dụng lên hệ đã chọn bằng không, tổng động lượng của hệ là không đổi.
    • 4.3.B.3 Nếu hợp lực bên ngoài tác dụng lên hệ đã chọn khác không, động lượng được truyền giữa hệ và môi trường xung quanh.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    If the net external force on a system is zero, its total momentum is conserved 守恒:

    $$\sum \vec{p}_{\text{before}}=\sum \vec{p}_{\text{after}}.$$
    Internal forces (like the push between two colliding carts) come in third-law pairs and cancel, so they cannot change the total momentum. This is the key tool for collisions 碰撞 and explosions – apply it separately in the $x$ and $y$ directions.

    Worked example (recoil 反冲). A $60\ \text{kg}$ skater, initially at rest on frictionless ice, throws a $2.0\ \text{kg}$ ball at $8.0\ \text{m/s}$. Find her recoil speed. The total momentum starts at zero and stays zero:

    $$0=(60)v+(2.0)(8.0)\;\Rightarrow\;v=-\frac{16}{60}=-0.27\ \text{m/s},$$
    so she moves at $0.27\ \text{m/s}$ in the opposite direction to the ball – the principle behind rockets and guns.

    A whole collection of objects can be described by a single center-of-mass velocity 质心速度:

    $$\vec{v}_{\text{cm}}=\frac{\sum m_i\vec{v}_i}{\sum m_i}=\frac{\vec{p}_{\text{total}}}{M_{\text{total}}}.$$
    Since total momentum is conserved when no net external force acts, $\vec{v}_{\text{cm}}$ then stays constant – a $v_{\text{cm}}$-versus-time graph is flat unless an outside force acts. An internal collision or explosion never changes it, however violently the parts fly apart.

    Tiếng Việt

    Nếu hợp lực ngoại tác dụng lên hệ bằng không, tổng động lượng của nó được bảo toàn:

    $$\sum \vec{p}_{\text{before}}=\sum \vec{p}_{\text{after}}.$$
    Lực nội (như lực đẩy giữa hai xe va chạm) xuất hiện theo cặp định luật III Newton và triệt tiêu lẫn nhau, nên không thể làm thay đổi tổng động lượng. Đây là công cụ then chốt cho va chạm và vụ nổ – hãy áp dụng riêng biệt theo phương $x$ và $y$.

    Va chạm trực diện: tổng động lượng trước bằng tổng động lượng sau
    Va chạm trực diện: tổng động lượng trước bằng tổng động lượng sau

    Ví dụ có lời giải (lực phản). Một vận động viên trượt băng khối lượng $60\ \text{kg}$, ban đầu đứng yên trên băng không ma sát, ném một quả bóng khối lượng $2.0\ \text{kg}$ với vận tốc $8.0\ \text{m/s}$. Tìm vận tốc lùi của cô ấy. Tổng động lượng bắt đầu bằng không và vẫn giữ nguyên không:

    $$0=(60)v+(2.0)(8.0)\;\Rightarrow\;v=-\frac{16}{60}=-0.27\ \text{m/s},$$
    nên cô ấy di chuyển với vận tốc $0.27\ \text{m/s}$ theo hướng ngược lại với quả bóng – nguyên lý đằng sau tên lửa và súng.

    Một tập hợp gồm nhiều vật có thể được mô tả bằng một vận tốc tâm khối duy nhất:

    $$\vec{v}_{\text{cm}}=\frac{\sum m_i\vec{v}_i}{\sum m_i}=\frac{\vec{p}_{\text{total}}}{M_{\text{total}}}.$$
    Vì tổng động lượng được bảo toàn khi không có hợp lực ngoại tác dụng, $\vec{v}_{\text{cm}}$ khi đó sẽ giữ hằng số – đồ thị $v_{\text{cm}}$ theo thời gian sẽ nằm ngang trừ khi có lực bên ngoài tác dụng. Tuy nhiên, va chạm nội hay vụ nổ bao dữ dội cũng không bao giờ làm thay đổi đại lượng này.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Collide two carts and conserve momentum · ⁨ va chạm hai xe và bảo toàn động lượng⁩

    In any collision the total momentum $\sum mv$ before equals the total after. Set the masses and speeds and check the momentum bookkeeping. · ⁨Trong mọi va chạm, tổng động lượng $\sum mv$ trước bằng tổng sau. Thiết lập khối lượng và vận tốc rồi kiểm tra việc tính toán động lượng.⁩

    4.4

    Elastic and Inelastic Collisions · ⁨Va chạm đàn hồi và không đàn hồi⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 4.4.A: Describe whether an interaction between objects is elastic or inelastic.

    • 4.4.A.1 An elastic collision between objects is one in which the initial kinetic energy of the system is equal to the final kinetic energy of the system.
    • 4.4.A.2 In an elastic collision, the final kinetic energies of each of the objects within the system may be different from their initial kinetic energies.
    • 4.4.A.3 An inelastic collision between objects is one in which the total kinetic energy of the system decreases.
    • 4.4.A.4 In an inelastic collision, some of the initial kinetic energy is not restored to kinetic energy but is transformed by nonconservative forces into other forms of energy.
    • 4.4.A.5 In a perfectly inelastic collision, the objects stick together and move with the same velocity after the collision.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 4.4.A: Mô tả liệu tương tác giữa các vật có phải là đàn hồi hay không đàn hồi.

    • 4.4.A.1 Va chạm đàn hồi giữa các vật là va chạm mà tại đó động năng ban đầu của hệ bằng động năng cuối cùng của hệ.
    • 4.4.A.2 Trong va chạm đàn hồi, động năng cuối cùng của mỗi vật trong hệ có thể khác với động năng ban đầu của chúng.
    • 4.4.A.3 Va chạm không đàn hồi giữa các vật là va chạm mà tại đó tổng động năng của hệ giảm đi.
    • 4.4.A.4 Trong va chạm không đàn hồi, một phần động năng ban đầu không được phục hồi thành động năng mà bị các lực không bảo toàn biến đổi thành các dạng năng lượng khác.
    • 4.4.A.5 Trong va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật dính vào nhau và chuyển động với cùng một vận tốc sau va chạm.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Conservation of momentum in a collision

    Momentum is conserved in every collision (with no external force). Kinetic energy is not:

    • In an elastic collision 弹性碰撞, kinetic energy is also conserved (objects bounce apart cleanly).
    • In an inelastic collision 非弹性碰撞, some kinetic energy becomes heat or deformation. In a perfectly inelastic collision the objects stick together and move with one common velocity afterward.

    Strategy: always write momentum conservation; add energy conservation only if the collision is stated to be elastic. One elastic fact worth memorising: in a 1D elastic collision between equal masses, the two objects simply swap velocities (a moving ball striking an identical stationary one stops dead, and the target flies off at the incoming speed).

    Worked example. A $1000\ \text{kg}$ car moving at $20\ \text{m/s}$ runs into a stationary $1500\ \text{kg}$ car and they lock together. Find their common speed, and the kinetic energy lost. Momentum conservation gives

    $$1000\times20=(1000+1500)\,v\;\Rightarrow\;v=\frac{20000}{2500}=8.0\ \text{m/s}.$$
    Kinetic energy before is $\tfrac12(1000)(20^2)=2.0\times10^{5}\ \text{J}$; after is $\tfrac12(2500)(8.0^2)=8.0\times10^{4}\ \text{J}$. So $1.2\times10^{5}\ \text{J}$ (about $60\%$) is lost to crumpling and heat – momentum is still conserved, but kinetic energy is not.

    Tiếng Việt
    Bảo toàn động lượng trong va chạm

    Động lượng được bảo toàn trong mọi va chạm (khi không có lực ngoại). Động năng thì không:

    Va chạm xiên, phân tích dọc theo hai trục vuông góc
    Va chạm xiên, phân tích dọc theo hai trục vuông góc
    • Trong va chạm đàn hồi, động năng cũng được bảo toàn (các vật tách rời cleanly).
    • Trong va chạm không đàn hồi, một phần động năng trở thành nhiệt hoặc biến dạng. Trong va chạm không đàn hồi hoàn toàn các vật dính vào nhau và di chuyển cùng một vận tốc chung sau va chạm.

    Chiến lược: luôn viết phương trình bảo toàn động lượng; chỉ thêm bảo toàn năng lượng nếu va chạm được xác định là đàn hồi. Một sự thật về va chạm đàn hồi đáng nhớ: trong va chạm đàn hồi 1D giữa hai vật có khối lượng bằng nhau, hai vật đơn giản hoán đổi vận tốc (một quả bóng đang chuyển động va vào một quả bóng giống hệt đang đứng yên sẽ dừng hẳn, và quả đích bay đi với vận tốc của quả tới).

    Ví dụ có lời giải. Một xe hơi $1000\ \text{kg}$ chuyển động với vận tốc $20\ \text{m/s}$ va chạm vào một xe hơi $1500\ \text{kg}$ đang đứng yên và hai xe khóa chặt vào nhau. Tìm vận tốc chung của chúng, và động năng bị mất đi. Định luật bảo toàn động lượng cho ta

    $$1000\times20=(1000+1500)\,v\;\Rightarrow\;v=\frac{20000}{2500}=8.0\ \text{m/s}.$$
    Động năng trước va chạm là $\tfrac12(1000)(20^2)=2.0\times10^{5}\ \text{J}$; sau đó là $\tfrac12(2500)(8.0^2)=8.0\times10^{4}\ \text{J}$. Vậy $1.2\times10^{5}\ \text{J}$ (khoảng $60\%$) đã bị tiêu hao để biến dạng và tạo nhiệt – động lượng vẫn được bảo toàn, nhưng động năng thì không.

    A Newton's cradle: five steel balls hanging in a row
    A Newton's cradle shows momentum and kinetic energy passing through a line of balls in a near-elastic collision
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Compare elastic and inelastic collisions · ⁨So sánh va chạm đàn hồi và không đàn hồi⁩

    Momentum is always conserved, but kinetic energy is only conserved in an elastic collision. In an inelastic one the carts stick and some energy becomes heat. · ⁨Động lượng luôn được bảo toàn, nhưng động năng chỉ được bảo toàn trong va chạm đàn hồi. Trong va chạm không đàn hồi, các xe dính vào nhau và một phần năng lượng chuyển thành nhiệt.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    elastic collision/ɪˈlæstɪk kəˈlɪʒn/ va chạm đàn hồi
    inelastic collision/ɪnɪˈlæstɪk kəˈlɪʒn/ va chạm không đàn hồi
    recoil/rɪˈkɔɪl/ lực giật lùi
    4.4

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Momentum is a vector — assign $+$/$-$ signs before adding; a ball that rebounds reverses its velocity, giving a large $\Delta p$.
    • Momentum is conserved in every collision (no external force); kinetic energy is conserved only if the collision is stated to be elastic.
    • In a perfectly inelastic collision the objects stick and move with one common velocity.
    • Impulse $=F\,\Delta t=\Delta p$ = the area under a force–time graph; spreading a collision over a longer time reduces the force (airbags, bending knees).
    • For recoil/explosions, set the total momentum equal before and after (often zero before).
    Tiếng Việt
    • Động lượng là véc-tơ — hãy gán dấu $+$/$-$ trước khi cộng; một quả bóng nảy lại sẽ đảo ngược vận tốc, dẫn đến sự thay đổi lớn về $\Delta p$.
    • Động lượng được bảo toàn trong mọi va chạm (không có lực ngoài); động năng chỉ được bảo toàn nếu va chạm được mô tả là đàn hồi.
    • Trong va chạm hoàn toàn không đàn hồi, các vật thể dính vào nhau và di chuyển cùng một vận tốc chung.
    • Xung lượng $=F\,\Delta t=\Delta p$ = diện tích dưới đồ thị lực-thời gian; trải dài va chạm trong khoảng thời gian dài hơn giúp giảm lực tác dụng (túi khí, khuỷu tay cong).
    • Đối với phản lực/vụ nổ, đặt tổng động lượng trước bằng tổng động lượng sau (thường là zero trước).
  • 5

    Torque and Rotational Dynamics · ⁨Mô-men lực và động học quay⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    5.1

    Rotational Kinematics · ⁨Động học Quay⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 5.1.A: Describe the rotation of a system with respect to time using angular displacement, angular velocity, and angular acceleration.

    • 5.1.A.1 Angular displacement is the measurement of the angle, in radians, through which a point on a rigid system rotates about a specified axis.
      • Equation: $\Delta\theta = \theta - \theta_0$
      • 5.1.A.1.i A rigid system is one that holds its shape but in which different points on the system move in different directions during rotation. A rigid system cannot be modeled as an object.
      • 5.1.A.1.ii One direction of angular displacement about an axis of rotation—clockwise or counterclockwise—is typically indicated as mathematically positive, with the other direction becoming mathematically negative.
      • 5.1.A.1.iii If the rotation of a system about an axis may be well described using the motion of the system's center of mass, the system may be treated as a single object. For example, the rotation of Earth about its axis may be considered negligible when considering the revolution of Earth about the center of mass of the Earth–Sun system.
    • 5.1.A.2 Average angular velocity is the average rate at which angular position changes with respect to time.
      • Equation: $\omega_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$
    • 5.1.A.3 Average angular acceleration is the average rate at which the angular velocity changes with respect to time.
      • Equation: $\alpha_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$
    • 5.1.A.4 Angular displacement, angular velocity, and angular acceleration around one axis are analogous to linear displacement, velocity, and acceleration in one dimension and demonstrate the same mathematical relationships.
      • 5.1.A.4.i For constant angular acceleration, the mathematical relationships between angular displacement, angular velocity, and angular acceleration can be described with the following equations:
        • Equation: $\omega = \omega_0 + \alpha t$
        • Equation: $\theta = \theta_0 + \omega_0 t + \dfrac{1}{2}\alpha t^2$
        • Equation: $\omega^2 = \omega_0^2 + 2\alpha(\theta - \theta_0)$
      • 5.1.A.4.ii Graphs of angular displacement, angular velocity, and angular acceleration as functions of time can be used to find the relationships between those quantities.

    Boundary statement: Descriptions of the directions of rotation for a point or object are limited to clockwise and counterclockwise with respect to a given axis of rotation.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 5.1.A: Mô tả chuyển động quay của hệ theo thời gian bằng cách sử dụng độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc.

    • 5.1.A.1 Độ dịch chuyển góc là phép đo góc (tính bằng radian) mà một điểm trên hệ cứng quay quanh một trục xác định.
      • Phương trình: $\Delta\theta = \theta - \theta_0$
      • 5.1.A.1.i Hệ cứng là hệ giữ nguyên hình dạng nhưng các điểm khác nhau trên hệ chuyển động theo các hướng khác nhau trong quá trình quay. Một hệ cứng không thể được mô hình hóa như một vật thể.
      • 5.1.A.1.ii Một chiều của độ dịch chuyển góc quanh trục quay—theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ—thường được quy ước là dương trong toán học, còn chiều kia trở thành âm.
      • 5.1.A.1.iii Nếu chuyển động quay của hệ quanh một trục có thể được mô tả tốt bằng chuyển động của tâm khối lượng của hệ, thì hệ có thể được xem xét như một vật thể duy nhất. Ví dụ, khi xét chuyển động quỹ đạo của Trái Đất quanh tâm khối lượng của hệ Trái Đất - Mặt Trời, sự quay của Trái Đất quanh trục của chính nó có thể coi là không đáng kể.
    • 5.1.A.2 Vận tốc góc trung bình là tốc độ thay đổi trung bình của vị trí góc theo thời gian.
      • Phương trình: $\omega_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$
    • 5.1.A.3 Gia tốc góc trung bình là tốc độ thay đổi trung bình của vận tốc góc theo thời gian.
      • Phương trình: $\alpha_{\text{avg}} = \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$
    • 5.1.A.4 Độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc quanh một trục tương tự như độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc tuyến tính theo một chiều và thể hiện các mối quan hệ toán học giống nhau.
      • 5.1.A.4.i Đối với gia tốc góc không đổi, các mối quan hệ toán học giữa độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc có thể được mô tả bằng các phương trình sau:
        • Phương trình: $\omega = \omega_0 + \alpha t$
        • Phương trình: $\theta = \theta_0 + \omega_0 t + \dfrac{1}{2}\alpha t^2$
        • Phương trình: $\omega^2 = \omega_0^2 + 2\alpha(\theta - \theta_0)$
      • 5.1.A.4.ii Đồ thị biểu diễn độ dịch chuyển góc, vận tốc góc và gia tốc góc theo thời gian có thể được sử dụng để tìm các mối quan hệ giữa các đại lượng đó.

    Tuyên bố giới hạn: Các mô tả về chiều quay của một điểm hoặc vật chỉ giới hạn ở chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ so với một trục quay xác định.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Rotation is described by angular quantities that mirror the linear ones:

    • angular displacement 角位移 $\theta$ (in radians 弧度),
    • angular velocity 角速度 $\omega=\dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$,
    • angular acceleration 角加速度 $\alpha=\dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$.

    For constant $\alpha$, the rotational kinematic equations have the same form as the linear ones, with $\theta,\omega,\alpha$ replacing $x,v,a$: $\omega=\omega_0+\alpha t$, $\theta=\omega_0 t+\tfrac12\alpha t^2$, and $\omega^2=\omega_0^2+2\alpha\theta$.

    Worked example. A wheel starts from rest and speeds up uniformly to $30\ \text{rad/s}$ in $6.0\ \text{s}$. Find its angular acceleration and the total angle turned:

    $$\alpha=\frac{\Delta\omega}{\Delta t}=\frac{30}{6.0}=5.0\ \text{rad/s}^2,\qquad \theta=\tfrac12\alpha t^2=\tfrac12\times5.0\times6.0^2=90\ \text{rad}.$$

    Tiếng Việt
    A crash-test collision: large forces and torques produce rapid changes in linear and angular motion
    A crash-test collision: large forces and torques produce rapid changes in linear and angular motion
    A spring under load: Hooke's law links force and extension — useful context for energy in rotating systems
    A spring under load: Hooke's law links force and extension — useful context for energy in rotating systems

    Chuyển động quay được mô tả bởi các đại lượng góc tương tự như các đại lượng tuyến tính:

    Một radian là góc có chiều dài cung bằng bán kính
    Một radian là góc có chiều dài cung bằng bán kính
    • dịch chuyển góc $\theta$ (tính bằng radian),
    • vận tốc góc $\omega=\dfrac{\Delta\theta}{\Delta t}$,
    • gia tốc góc $\alpha=\dfrac{\Delta\omega}{\Delta t}$.

    Với gia tốc góc không đổi $\alpha$, các phương trình động học quay có cùng dạng với các phương trình tuyến tính, với $\theta,\omega,\alpha$ thay thế cho $x,v,a$: $\omega=\omega_0+\alpha t$, $\theta=\omega_0 t+\tfrac12\alpha t^2$, và $\omega^2=\omega_0^2+2\alpha\theta$.

    Ví dụ có lời giải. Một bánh xe bắt đầu từ trạng thái nghỉ và tăng tốc đều lên $30\ \text{rad/s}$ trong thời gian $6.0\ \text{s}$. Tìm gia tốc góc của nó và tổng góc quay:

    $$\alpha=\frac{\Delta\omega}{\Delta t}=\frac{30}{6.0}=5.0\ \text{rad/s}^2,\qquad \theta=\tfrac12\alpha t^2=\tfrac12\times5.0\times6.0^2=90\ \text{rad}.$$

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    angular displacement/ˈæŋɡjʊlə dɪˈspleɪsmənt/ góc quay
    radians/ˈreɪdɪənz/ radian
    angular velocity/ˈæŋɡjʊlə vəˈlɒsɪti/ vận tốc góc
    angular acceleration/ˈæŋɡjʊlə əkˌseləˈreɪʃn/ gia tốc góc
    Torque/tɔːk/ Mô-men lực
    moment arm/ˈməʊmənt ɑːm/ Cánh tay lực
    Rotational inertia/rəʊˈteɪʃənl ɪˈnɜːʃə/ Momen quán tính quay
    rotational equilibrium/rəʊˈteɪʃənl ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ cân bằng quay
    5.2

    Connecting Linear and Rotational Motion · ⁨Liên hệ Chuyển động Tuyến tính và Quay⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 5.2.A: Describe the linear motion of a point on a rotating rigid system that corresponds to the rotational motion of that point, and vice versa.

    • 5.2.A.1 For a point at a distance $r$ from a fixed axis of rotation, the linear distance $s$ traveled by the point as the system rotates through an angle $\Delta\theta$ is given by the equation $\Delta s = r\Delta\theta$.
    • 5.2.A.2 Derived relationships of linear velocity and of the tangential component of acceleration to their respective angular quantities are given by the following equations:
      • Equation: $s = r\theta$
      • Equation: $v = r\omega$
      • Equation: $a_T = r\alpha$
    • 5.2.A.3 For a rigid system, all points within that system have the same angular velocity and angular acceleration.

    Boundary statement: Descriptions of the directions of rotation for a point or object are limited to clockwise and counterclockwise with respect to a given axis of rotation.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 5.2.A: Mô tả chuyển động tuyến tính của một điểm trên hệ cứng đang quay tương ứng với chuyển động quay của điểm đó, và ngược lại.

    • 5.2.A.1 Đối với một điểm ở khoảng cách $r$ từ trục quay cố định, quãng đường tuyến tính $s$ mà điểm đó di chuyển khi hệ quay qua một góc $\Delta\theta$ được cho bởi phương trình $\Delta s = r\Delta\theta$.
    • 5.2.A.2 Các mối quan hệ suy ra từ vận tốc tuyến tính và thành phần tiếp tuyến của gia tốc so với các đại lượng góc tương ứng của chúng được cho bởi các phương trình sau:
      • Phương trình: $s = r\theta$
      • Phương trình: $v = r\omega$
      • Phương trình: $a_T = r\alpha$
    • 5.2.A.3 Đối với hệ cứng, tất cả các điểm bên trong hệ đó đều có cùng vận tốc góc và gia tốc góc.

    Tuyên bố giới hạn: Các mô tả về chiều quay của một điểm hoặc vật chỉ giới hạn ở chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ so với một trục quay xác định.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A point at radius $r$ from the axis has linear quantities tied to the angular ones:

    $$s=r\theta,\qquad v=r\omega,\qquad a_t=r\alpha.$$
    Points farther from the axis move faster. This link lets you switch between "how fast the wheel spins" and "how fast a point on its rim moves."

    Worked example. A bicycle wheel of radius $0.35\ \text{m}$ spins at $12\ \text{rad/s}$. A point on the rim (and so the bike) moves at $v=r\omega=0.35\times12=4.2\ \text{m/s}$. A point halfway to the axis moves at half that speed.

    Tiếng Việt

    Một điểm nằm ở bán kính $r$ từ trục quay có các đại lượng tuyến tính liên hệ với các đại lượng góc:

    $$s=r\theta,\qquad v=r\omega,\qquad a_t=r\alpha.$$
    Các điểm càng xa trục quay sẽ di chuyển nhanh hơn. Mối liên hệ này cho phép bạn chuyển đổi giữa "bánh xe quay nhanh bao nhiêu" và "một điểm trên vành bánh xe di chuyển nhanh bao nhiêu".

    As the radius turns through an angle, a point moves along an arc at speed v
    As the radius turns through an angle, a point moves along an arc at speed v

    Ví dụ có lời giải. Một bánh xe đạp có bán kính $0.35\ \text{m}$ quay với tốc độ $12\ \text{rad/s}$. Một điểm trên vành (và do đó cả chiếc xe) di chuyển với tốc độ $v=r\omega=0.35\times12=4.2\ \text{m/s}$. Một điểm ở halfway về phía trục di chuyển với một nửa tốc độ đó.

    5.3

    Torque · ⁨Mô-men Lực (Lực đẩy)⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 5.3.A: Identify the torques exerted on a rigid system.

    • 5.3.A.1 Torque results only from the force component perpendicular to the position vector from the axis of rotation to the point of application of the force.
    • 5.3.A.2 The lever arm is the perpendicular distance from the axis of rotation to the line of action of the exerted force.

    Learning Objective 5.3.B: Describe the torques exerted on a rigid system.

    • 5.3.B.1 Torques can be described using force diagrams.
      • 5.3.B.1.i Force diagrams are similar to free-body diagrams and are used to analyze the torques exerted on a rigid system.
      • 5.3.B.1.ii Similar to free-body diagrams, force diagrams represent the relative magnitude and direction of the forces exerted on a rigid system. Force diagrams also depict the location at which those forces are exerted relative to the axis of rotation.
    • 5.3.B.2 The magnitude of the torque exerted on a rigid system by a force is described by the following equation, where $\theta$ is the angle between the force vector and the position vector from the axis of rotation to the point of application of the force.
      • Equation: $\tau = rF_{\perp} = rF\sin\theta$

    Boundary statement: While AP Physics 1 expects students to mathematically manipulate the magnitude of torque using vector conventions, the direction of torque is beyond the scope of the course.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 5.3.A: Xác định các momen lực tác dụng lên hệ cứng.

    • 5.3.A.1 Momen lực chỉ phát sinh từ thành phần lực vuông góc với vectơ vị trí từ trục quay đến điểm đặt lực.
    • 5.3.A.2 Cánh tay đòn là khoảng cách vuông góc từ trục quay đến đường tác dụng của lực.

    Mục tiêu học tập 5.3.B: Mô tả các mô-men tác dụng lên một hệ vật cứng.

    • 5.3.B.1 Mô-men có thể được mô tả bằng sơ đồ lực.
      • 5.3.B.1.i Sơ đồ lực tương tự như sơ đồ vật tự do và được sử dụng để phân tích các mô-men tác dụng lên một hệ vật cứng.
      • 5.3.B.1.ii Tương tự như sơ đồ vật tự do, sơ đồ lực biểu diễn độ lớn tương đối và hướng của các lực tác dụng lên một hệ vật cứng. Sơ đồ lực cũng chỉ ra vị trí mà các lực đó tác dụng so với trục quay.
    • 5.3.B.2 Độ lớn của mô-men tác dụng lên một hệ vật cứng bởi một lực được mô tả bởi phương trình sau, trong đó $\theta$ là góc giữa vectơ lực và vectơ vị trí từ trục quay đến điểm đặt lực.
      • Phương trình: $\tau = rF_{\perp} = rF\sin\theta$

    Tuyên bố biên: Mặc dù AP Physics 1 yêu cầu học sinh thao tác toán học với độ lớn mô-men xoắn theo quy ước vectơ, nhưng hướng của mô-men xoắn nằm ngoài phạm vi của khóa học.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    The principle of moments (torque)

    Torque 力矩 is the rotational effect of a force – how effectively it turns an object about an axis:

    $$\tau=r F\sin\theta = F\cdot r_\perp,$$
    where $r_\perp$ is the moment arm 力臂 (the perpendicular distance from the axis to the force's line of action). A force applied farther out, or more perpendicular, produces more torque. Torque has a sign (clockwise vs counterclockwise).

    Worked example. You push with $20\ \text{N}$ at the end of a $0.30\ \text{m}$ wrench. Perpendicular to the wrench the torque is $\tau=rF=0.30\times20=6.0\ \text{N m}$. If you push at $60^{\circ}$ to the wrench instead, only the perpendicular part counts: $\tau=rF\sin 60^{\circ}=0.30\times20\times0.87=5.2\ \text{N m}$ – which is why you push at a right angle for the most turning effect.

    Tiếng Việt
    The principle of moments (torque)

    Mô-men lực (Torque) là hiệu ứng quay của một lực – mức độ hiệu quả mà nó làm quay một vật thể quanh trục:

    $$\tau=r F\sin\theta = F\cdot r_\perp,$$
    trong đó $r_\perp$ là cánh tay đòn (khoảng cách vuông góc từ trục đến đường tác dụng của lực). Một lực tác dụng xa hơn hoặc vuông góc hơn sẽ tạo ra mô-men lực lớn hơn. Mô-men lực mang dấu (chiều kim đồng hồ so với chiều ngược lại).

    The moment of a force depends on the perpendicular distance from the pivot
    The moment of a force depends on the perpendicular distance from the pivot

    Ví dụ có lời giải. Bạn đẩy với lực $20\ \text{N}$ tại đầu của một cái cờ lê dài $0.30\ \text{m}$. Vuông góc với cái cờ lê, mô-men lực là $\tau=rF=0.30\times20=6.0\ \text{N m}$. Nếu bạn pushing ở góc $60^{\circ}$ so với cái cờ lê, chỉ phần vuông góc mới được tính: $\tau=rF\sin 60^{\circ}=0.30\times20\times0.87=5.2\ \text{N m}$ – đó là lý do tại sao bạn nên push vuông góc để có hiệu quả quay tối đa.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Balance torques on a beam · ⁨Cân bằng mô-men trên thanh dầm⁩

    Torque is force times perpendicular distance, $\tau=Fd$. The beam is in rotational equilibrium when the torques on each side are equal. · ⁨Mô-men là lực nhân với khoảng cách vuông góc, $\tau=Fd$. Thanh dầm ở trạng thái cân bằng quay khi mô-men ở mỗi bên bằng nhau.⁩

    5.4

    Rotational Inertia · ⁨Quán tính Quay⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 5.4.A: Describe the rotational inertia of a rigid system relative to a given axis of rotation.

    • 5.4.A.1 Rotational inertia measures a rigid system's resistance to changes in rotation and is related to the mass of the system and the distribution of that mass relative to the axis of rotation.
    • 5.4.A.2 The rotational inertia of an object rotating a perpendicular distance $r$ from an axis is described by the equation
      • Equation: $I = mr^2$
    • 5.4.A.3 The total rotational inertia of a collection of objects about an axis is the sum of the rotational inertias of each object about that axis:
      • Equation: $I_{\text{tot}} = \sum I_i = \sum m_i r_i^2$

    Learning Objective 5.4.B: Describe the rotational inertia of a rigid system rotating about an axis that does not pass through the system's center of mass.

    • 5.4.B.1 A rigid system's rotational inertia in a given plane is at a minimum when the rotational axis passes through the system's center of mass.
    • 5.4.B.2 The parallel axis theorem uses the following equation to relate the rotational inertia of a rigid system about any axis that is parallel to an axis through its center of mass:
      • Equation: $I' = I_{\text{cm}} + Md^2$

    Boundary statement: AP Physics 1 only expects students to calculate the rotational inertia for systems of five or fewer objects arranged in a two-dimensional configuration.

    Boundary statement: Students do not need to know the rotational inertia of extended rigid systems, as these will be provided within the exam. Students should have a qualitative understanding of the factors that affect rotational inertia; for example, how rotational inertia is greater when mass is farther from the axis of rotation, which is why a hoop has more rotational inertia than a solid disk of the same mass and radius.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 5.4.A: Mô tả quán tính quay của một hệ vật cứng so với một trục quay cho trước.

    • 5.4.A.1 Quán tính quay đo lường sự kháng cự của một hệ vật cứng đối với sự thay đổi chuyển động quay và liên quan đến khối lượng của hệ thống và sự phân bố khối lượng đó so với trục quay.
    • 5.4.A.2 Quán tính quay của một vật quay ở khoảng cách vuông góc $r$ từ một trục được mô tả bởi phương trình
      • Phương trình: $I = mr^2$
    • 5.4.A.3 Tổng quán tính quay của một nhóm các vật quanh một trục là tổng các quán tính quay của từng vật quanh trục đó:
      • Phương trình: $I_{\text{tot}} = \sum I_i = \sum m_i r_i^2$

    Mục tiêu học tập 5.4.B: Mô tả quán tính quay của một hệ vật cứng quay quanh một trục không đi qua trọng tâm của hệ.

    • 5.4.B.1 Quán tính quay của một hệ vật cứng trong một mặt phẳng cho trước đạt giá trị nhỏ nhất khi trục quay đi qua trọng tâm của hệ.
    • 5.4.B.2 Định lý trục song song sử dụng phương trình sau để liên hệ quán tính quay của một hệ vật cứng quanh bất kỳ trục nào song song với trục đi qua trọng tâm của nó:
      • Phương trình: $I' = I_{\text{cm}} + Md^2$

    Tuyên bố biên: AP Physics 1 chỉ yêu cầu học sinh tính quán tính quay cho các hệ gồm năm hoặc ít hơn các vật được sắp xếp theo cấu hình hai chiều.

    Tuyên bố biên: Học sinh không cần biết quán tính quay của các hệ cứng mở rộng, vì những đại lượng này sẽ được cung cấp trong đề thi. Học sinh nên có hiểu biết định tính về các yếu tố ảnh hưởng đến quán tính quay; ví dụ, quán tính quay lớn hơn khi khối lượng ở xa trục quay hơn, đó là lý do tại sao một vòng tròn có quán tính quay lớn hơn một đĩa đặc cùng khối lượng và bán kính.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Rotational inertia 转动惯量 (moment of inertia) $I$ measures how hard it is to change an object's rotation – the rotational version of mass. It depends on both the mass and how far that mass sits from the axis: mass spread farther out gives a larger $I$. For a point mass, $I=mr^2$; for extended bodies, standard formulas are provided (a hoop is $mR^2$, a solid disk $\tfrac12 mR^2$). This is why a figure skater spins faster when she pulls her arms in – she reduces $I$.

    Tiếng Việt

    Quán tính quay (mô-men quán tính) $I$ đo lường mức độ khó khăn trong việc thay đổi chuyển động quay của một vật – phiên bản quay của khối lượng. Nó phụ thuộc vào cả khối lượng và khoảng cách mà khối lượng đó nằm từ trục: khối lượng phân bố càng xa sẽ tạo ra $I$ lớn hơn. Đối với chất điểm, $I=mr^2$; đối với vật thể mở rộng, các công thức tiêu chuẩn được cung cấp (một vòng tròn rỗng là $mR^2$, một đĩa đặc là $\tfrac12 mR^2$). Đây là lý do tại sao một vận động viên trượt băng quay nhanh hơn khi thu tay lại – cô ấy giảm $I$.

    5.5

    Rotational Equilibrium · ⁨Cân Bằng Quay⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 5.5.A: Describe the conditions under which a system's angular velocity remains constant.

    • 5.5.A.1 A system may exhibit rotational equilibrium (constant angular velocity) without being in translational equilibrium, and vice versa.
      • 5.5.A.1.i Free-body and force diagrams describe the nature of the forces and torques exerted on an object or rigid system.
      • 5.5.A.1.ii Rotational equilibrium is a configuration of torques such that the net torque exerted on the system is zero.
        • Equation: $\sum \tau_i = 0$
      • 5.5.A.1.iii The rotational analog of Newton's first law is that a system will have a constant angular velocity only if the net torque exerted on the system is zero.
    • 5.5.A.2 A rotational corollary to Newton's second law states that if the torques exerted on a rigid system are not balanced, the system's angular velocity must be changing.

    Boundary statement: AP Physics 1 does not expect students to simultaneously analyze rotation in multiple planes.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 5.5.A: Mô tả các điều kiện để vận tốc góc của một hệ duy trì không đổi.

    • 5.5.A.1 Một hệ có thể thể hiện trạng thái cân bằng quay (vận tốc góc không đổi) mà không cần ở trạng thái cân bằng tịnh tiến, và ngược lại.
      • 5.5.A.1.i Sơ đồ vật tự do và sơ đồ lực mô tả bản chất của các lực và mô-men tác dụng lên một vật hay hệ vật cứng.
      • 5.5.A.1.ii Cân bằng quay là trạng thái của các mô-men sao cho tổng mô-men tác dụng lên hệ bằng không.
        • Phương trình: $\sum \tau_i = 0$
      • 5.5.A.1.iii Phiên bản quay của định luật Newton thứ nhất là: một hệ sẽ có vận tốc góc không đổi chỉ khi tổng mô-men tác dụng lên hệ bằng không.
    • 5.5.A.2 Hệ quả quay của định luật Newton thứ hai phát biểu rằng nếu các mô-men tác dụng lên một hệ vật cứng không cân bằng, thì vận tốc góc của hệ phải đang thay đổi.

    Phát biểu giới hạn: AP Physics 1 không yêu cầu học sinh đồng thời phân tích chuyển động quay trong nhiều mặt phẳng.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    An object is in rotational equilibrium 转动平衡 when the net torque is zero, so its angular velocity stays constant. For a balanced (static) object, both the net force and the net torque are zero. Choosing the axis at an unknown force's location removes it from the torque equation – a useful trick for beam and ladder problems.

    Worked example. A $30\ \text{kg}$ child sits $2.0\ \text{m}$ from the pivot of a seesaw. Where must a $40\ \text{kg}$ child sit on the other side to balance it? Set the clockwise torque equal to the anticlockwise torque (the $g$'s cancel):

    $$30\times2.0=40\times d\;\Rightarrow\;d=\frac{60}{40}=1.5\ \text{m}.$$
    The heavier child sits closer to the pivot – less distance, same torque.

    Tiếng Việt

    Một vật处于 cân bằng quay khi tổng mô-men lực bằng không, do đó vận tốc góc của nó giữ nguyên. Đối với một vật cân bằng (tĩnh), cả tổng lực và tổng mô-men lực đều bằng không. Việc chọn trục tại vị trí của một lực chưa biết sẽ loại bỏ lực đó khỏi phương trình mô-men lực – một mẹo hữu ích cho các bài toán dầm và thang.

    At balance the clockwise and anticlockwise moments about the pivot are equal
    At balance the clockwise and anticlockwise moments about the pivot are equal

    Ví dụ có lời giải. Một đứa trẻ nặng $30\ \text{kg}$ ngồi cách trục quay $2.0\ \text{m}$. Đứa trẻ nặng $40\ \text{kg}$ phải ngồi ở đâu bên kia để cân bằng? Đặt mô-men lực chiều kim đồng hồ bằng mô-men lực ngược chiều kim đồng hồ (các $g$ triệt tiêu nhau):

    $$30\times2.0=40\times d\;\Rightarrow\;d=\frac{60}{40}=1.5\ \text{m}.$$
    Đứa trẻ nặng hơn ngồi gần trục quay hơn – ít khoảng cách hơn, nhưng cùng mô-men lực.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Find the balance point · ⁨Tìm điểm cân bằng⁩

    For rotational equilibrium the total clockwise torque equals the total anticlockwise torque. Move the forces and distances until the beam balances. · ⁨Để đạt cân bằng quay, tổng mô-men chiều kim đồng hồ phải bằng tổng mô-men ngược chiều kim đồng hồ. Di chuyển lực và khoảng cách cho đến khi thanh cân bằng.⁩

    5.6

    Newton's Second Law in Rotational Form · ⁨Định Luật Second Của Newton Dạng Quay⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 5.6.A: Describe the conditions under which a system's angular velocity changes.

    • 5.6.A.1 Angular velocity changes when the net torque exerted on the object or system is not equal to zero.
    • 5.6.A.2 The rate at which the angular velocity of a rigid system changes is directly proportional to the net torque exerted on the rigid system and is in the same direction. The angular acceleration of the rigid system is inversely proportional to the rotational inertia of the rigid system.
      • Equation: $\alpha_{\text{sys}} = \dfrac{\sum \tau}{I_{\text{sys}}} = \dfrac{\tau_{\text{net}}}{I_{\text{sys}}}$
    • 5.6.A.3 To fully describe a rotating rigid system, linear and rotational analyses may need to be performed independently.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 5.6.A: Mô tả các điều kiện để vận tốc góc của một hệ thay đổi.

    • 5.6.A.1 Vận tốc góc thay đổi khi tổng mô-men tác dụng lên vật hay hệ không bằng không.
    • 5.6.A.2 Tốc độ thay đổi vận tốc góc của một hệ vật cứng tỷ lệ thuận với tổng mô-men tác dụng lên hệ vật cứng và cùng hướng. Gia tốc góc của hệ vật cứng tỷ lệ nghịch với quán tính quay của hệ vật cứng.
      • Phương trình: $\alpha_{\text{sys}} = \dfrac{\sum \tau}{I_{\text{sys}}} = \dfrac{\tau_{\text{net}}}{I_{\text{sys}}}$
    • 5.6.A.3 Để mô tả đầy đủ một hệ vật cứng đang quay, có thể cần phải thực hiện các phân tích tịnh tiến và quay độc lập.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Net torque produces angular acceleration, in direct analogy with $F=ma$:

    $$\sum\tau = I\alpha.$$
    So a larger net torque, or a smaller rotational inertia, gives a larger angular acceleration. Solve rotation problems just like translation problems, with $\tau\leftrightarrow F$, $I\leftrightarrow m$, and $\alpha\leftrightarrow a$.

    Worked example. A net torque of $12\ \text{N m}$ acts on a wheel with rotational inertia $I=3.0\ \text{kg m}^2$. Its angular acceleration is $\alpha=\tau/I=12/3.0=4.0\ \text{rad/s}^2$ – the exact rotational twin of $a=F/m$.

    Tiếng Việt

    Tổng mô-men lực gây ra gia tốc góc, tương tự trực tiếp với $F=ma$:

    $$\sum\tau = I\alpha.$$
    Vậy một tổng mô-men lực lớn hơn, hoặc quán tính quay nhỏ hơn, sẽ tạo ra gia tốc góc lớn hơn. Giải các bài toán quay giống hệt như giải các bài toán dịch chuyển, với $\tau\leftrightarrow F$, $I\leftrightarrow m$, và $\alpha\leftrightarrow a$.

    Ví dụ có lời giải. Một tổng mô-men lực $12\ \text{N m}$ tác dụng lên một bánh xe có quán tính quay $I=3.0\ \text{kg m}^2$. Gia tốc góc của nó là $\alpha=\tau/I=12/3.0=4.0\ \text{rad/s}^2$ – chính xác là bản sao quay của $a=F/m$.

    5.6

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Torque $\tau=Fr_\perp$ uses the perpendicular distance from the pivot; a force through the pivot gives zero torque.
    • For balance, set clockwise torque = anticlockwise torque; choosing the pivot at an unknown force removes it from the equation.
    • Use the rotational analogues: $\tau\leftrightarrow F$, $I\leftrightarrow m$, $\alpha\leftrightarrow a$, so $\sum\tau=I\alpha$ mirrors $\sum F=ma$.
    • Rotational inertia depends on how far the mass sits from the axis, not just its amount — a hoop resists spinning more than a disc of equal mass.
    • Convert angles to radians and link linear to angular with $v=r\omega$, $a_t=r\alpha$.
    Tiếng Việt
    • Mô-men lực $\tau=Fr_\perp$ sử dụng khoảng cách vuông góc từ trục quay; một lực đi qua trục quay sẽ tạo ra mô-men lực bằng không.
    • Để cân bằng, đặt mô-men đồng hồ = mô-men ngược chiều kim đồng hồ; chọn điểm tựa tại một lực chưa biết sẽ loại bỏ lực này khỏi phương trình.
    • Sử dụng các tương ứng quay: $\tau\leftrightarrow F$, $I\leftrightarrow m$, $\alpha\leftrightarrow a$, do đó $\sum\tau=I\alpha$ phản chiếu $\sum F=ma$.
    • Mô-men quán tính phụ thuộc vào khoảng cách của khối lượng đến trục quay, không chỉ vào lượng khối lượng — một vòng tròn chống lại sự quay mạnh hơn một đĩa có cùng khối lượng.
    • Chuyển đổi góc sang radian và liên hệ chuyển động tuyến tính với chuyển động quay qua $v=r\omega$, $a_t=r\alpha$.
  • 6

    Energy and Momentum of Rotating Systems · ⁨Năng lượng và động lượng của hệ quay⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    6.1

    Rotational Kinetic Energy · ⁨Động năng Quay⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 6.1.A: Describe the rotational kinetic energy of a rigid system in terms of the rotational inertia and angular velocity of that rigid system.

    • 6.1.A.1 The rotational kinetic energy of an object or rigid system is related to the rotational inertia and angular velocity of the rigid system and is given by the equation $K = \frac{1}{2} I \omega^2$.
      • 6.1.A.1.i The rotational inertia of an object about a fixed axis can be used to show that the rotational kinetic energy of that object is equivalent to its translational kinetic energy, which is its total kinetic energy.
      • 6.1.A.1.ii The total kinetic energy of a rigid system is the sum of its rotational kinetic energy due to its rotation about its center of mass and the translational kinetic energy due to the linear motion of its center of mass.
    • 6.1.A.2 A rigid system can have rotational kinetic energy while its center of mass is at rest due to the individual points within the rigid system having linear speed and, therefore, kinetic energy.
    • 6.1.A.3 Rotational kinetic energy is a scalar quantity.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 6.1.A: Mô tả động năng quay của một hệ vật cứng theo quán tính quay và vận tốc góc của hệ vật cứng đó.

    • 6.1.A.1 Động năng quay của một vật hay hệ vật cứng liên quan đến quán tính quay và vận tốc góc của hệ vật cứng và được cho bởi phương trình $K = \frac{1}{2} I \omega^2$.
      • 6.1.A.1.i Quán tính quay của một vật quanh một trục cố định có thể được sử dụng để chứng minh rằng động năng quay của vật đó tương đương với động năng tịnh tiến của nó, tức là tổng động năng của nó.
      • 6.1.A.1.ii Tổng động năng của một hệ vật cứng là tổng động năng quay do sự quay quanh trọng tâm của nó và động năng tịnh tiến do chuyển động tuyến tính của trọng tâm.
    • 6.1.A.2 Một hệ vật cứng có thể có động năng quay trong khi trọng tâm của nó đứng yên do các điểm riêng lẻ bên trong hệ vật cứng có vận tốc tuyến tính và, do đó, có động năng.
    • 6.1.A.3 Động năng quay là đại lượng vô hướng.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A spinning object has rotational kinetic energy 转动动能, the rotational twin of $\tfrac12 mv^2$:

    $$K_{\text{rot}}=\tfrac{1}{2}I\omega^2.$$
    An object that both moves and spins (like a rolling ball) has both translational and rotational kinetic energy, and its total is $K=\tfrac12 mv^2+\tfrac12 I\omega^2$.

    Tiếng Việt

    Một vật đang quay có động năng quay, là bản sao quay của $\tfrac12 mv^2$:

    $$K_{\text{rot}}=\tfrac{1}{2}I\omega^2.$$
    Một vật vừa chuyển động vừa quay (như quả bóng lăn) có cả động năng tịnh tiến và động năng quay, tổng của nó là $K=\tfrac12 mv^2+\tfrac12 I\omega^2$.

    6.2

    Torque and Work · ⁨Mô-men Lực và Công⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 6.2.A: Describe the work done on a rigid system by a given torque or collection of torques.

    • 6.2.A.1 A torque can transfer energy into or out of an object or rigid system if the torque is exerted over an angular displacement.
    • 6.2.A.2 The amount of work done on a rigid system by a torque is related to the magnitude of that torque and the angular displacement through which the rigid system rotates during the interval in which that torque is exerted.
      • Equation: $W = \tau \Delta\theta$
    • 6.2.A.3 Work done on a rigid system by a given torque can be found from the area under the curve of a graph of torque as a function of angular position.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 6.2.A: Mô tả công thực hiện lên một hệ cứng bởi một mô-men lực cho trước hoặc một tập hợp các mô-men lực.

    • 6.2.A.1 Một mô-men lực có thể truyền năng lượng vào hoặc ra khỏi một vật thể hoặc hệ cứng nếu mô-men lực đó tác dụng trong một góc quay (độ dịch chuyển góc).
    • 6.2.A.2 Độ lớn của công thực hiện lên một hệ cứng bởi một mô-men lực liên quan đến độ lớn của mô-men lực đó và độ dịch chuyển góc mà hệ cứng quay trong khoảng thời gian mô-men lực đó tác dụng.
      • Phương trình: $W = \tau \Delta\theta$
    • 6.2.A.3 Công thực hiện lên một hệ cứng bởi một mô-men lực cho trước có thể tìm được từ diện tích dưới đường cong của đồ thị mô-men lực theo vị trí góc.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    A torque acting through an angular displacement does work, changing rotational kinetic energy:

    $$W=\tau\,\Delta\theta,\qquad P=\tau\omega.$$
    This is the rotational form of $W=Fd$ and $P=Fv$, and it extends the work–energy theorem to rotation.

    Worked example. A motor applies a steady torque of $8.0\ \text{N m}$ to a flywheel while it turns through $10\ \text{rad}$. The work done is $W=\tau\,\Delta\theta=8.0\times10=80\ \text{J}$, and if the flywheel started from rest this all becomes rotational kinetic energy.

    Tiếng Việt

    Một mô-men tác động trong một độ dịch chuyển góc thực hiện công, làm thay đổi động năng quay:

    $$W=\tau\,\Delta\theta,\qquad P=\tau\omega.$$
    Đây là dạng quay của $W=Fd$ và $P=Fv$, và nó mở rộng định lý công-động năng sang chuyển động quay.

    Ví dụ giải. Một động cơ tác dụng một mô-men ổn định là $8.0\ \text{N m}$ lên một bánh đà khi nó quay qua $10\ \text{rad}$. Công thực hiện là $W=\tau\,\Delta\theta=8.0\times10=80\ \text{J}$, và nếu bánh đà bắt đầu từ trạng thái nghỉ thì toàn bộ công này trở thành động năng quay.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Balance torques on a seesaw · ⁨Cân bằng mô-men trên bẩy⁩

    Torque is force times perpendicular distance, $\tau = Fd$. The beam balances when the torques on each side are equal — move the forces and distances to find the balance point. · ⁨Mô-men là lực nhân với khoảng cách vuông góc, $\tau = Fd$. Thanh cân bằng khi mô-men ở mỗi bên bằng nhau — di chuyển lực và khoảng cách để tìm điểm cân bằng.⁩

    6.3

    Angular Momentum and Angular Impulse · ⁨Động lượng Góc và Xung lượng Góc⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 6.3.A: Describe the angular momentum of an object or rigid system.

    • 6.3.A.1 The magnitude of the angular momentum of a rigid system about a specific axis can be described with the equation $L = I\omega$.
    • 6.3.A.2 The magnitude of the angular momentum of an object about a given point is $L = rmv \sin\theta$.
      • 6.3.A.2.i The selection of the axis about which an object is considered to rotate influences the determination of the angular momentum of that object.
      • 6.3.A.2.ii The measured angular momentum of an object traveling in a straight line depends on the distance between the reference point and the object, the mass of the object, the speed of the object, and the angle between the radial distance and the velocity of the object.

    Learning Objective 6.3.B: Describe the angular impulse delivered to an object or rigid system by a torque.

    • 6.3.B.1 Angular impulse is defined as the product of the torque exerted on an object or rigid system and the time interval during which the torque is exerted.
      • Equation: $\text{angular impulse} = \tau \Delta t$
    • 6.3.B.2 Angular impulse has the same direction as the torque exerted on the object or system.
    • 6.3.B.3 The angular impulse delivered to an object or rigid system by a torque can be found from the area under the curve of a graph of the torque as a function of time.

    Learning Objective 6.3.C: Relate the change in angular momentum of an object or rigid system to the angular impulse given to that object or rigid system.

    • 6.3.C.1 The magnitude of the change in angular momentum can be described by comparing the magnitudes of the final and initial angular momenta of the object or rigid system: $\Delta L = L - L_0$
    • 6.3.C.2 A rotational form of the impulse–momentum theorem relates the angular impulse delivered to an object or rigid system and the change in angular momentum of that object or rigid system.
      • 6.3.C.2.i The angular impulse exerted on an object or rigid system is equal to the change in angular momentum of that object or rigid system.
        • Equation: $\Delta L = \tau \Delta t$
      • 6.3.C.2.ii The rotational form of the impulse–momentum theorem is a direct result of the rotational form of Newton's second law of motion for cases in which rotational inertia is constant: $\tau_{\text{net}} = \dfrac{\Delta L}{\Delta t} = I \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t} = I\alpha$
    • 6.3.C.3 The net torque exerted on an object is equal to the slope of the graph of the angular momentum of an object as a function of time.
    • 6.3.C.4 The angular impulse delivered to an object is equal to the area under the curve of a graph of the net external torque exerted on an object as a function of time.

    Boundary statement: While AP Physics 1 expects that students can mathematically manipulate the magnitude of angular momentum using one-dimensional vector conventions, the direction of angular momentum and angular impulse is beyond the scope of the course.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 6.3.A: Mô tả động lượng góc của một vật thể hoặc hệ cứng.

    • 6.3.A.1 Độ lớn của động lượng góc của một hệ cứng quanh một trục xác định có thể được mô tả bằng phương trình $L = I\omega$.
    • 6.3.A.2 Độ lớn của động lượng góc của một vật thể quanh một điểm cho trước là $L = rmv \sin\theta$.
      • 6.3.A.2.i Việc lựa chọn trục mà vật thể được xem xét quay sẽ ảnh hưởng đến việc xác định động lượng góc của vật thể đó.
      • 6.3.A.2.ii Động lượng góc đo được của một vật thể di chuyển theo đường thẳng phụ thuộc vào khoảng cách giữa điểm tham chiếu và vật thể, khối lượng của vật thể, tốc độ của vật thể, và góc giữa bán kính (khoảng cách radial) và vận tốc của vật thể.

    Mục tiêu học tập 6.3.B: Mô tả xung động lượng góc được cung cấp cho một vật thể hoặc hệ cứng bởi một mô-men lực.

    • 6.3.B.1 Xung động lượng góc được định nghĩa là tích của mô-men lực tác dụng lên một vật thể hoặc hệ cứng và khoảng thời gian mà mô-men lực đó tác dụng.
      • Phương trình: $\text{angular impulse} = \tau \Delta t$
    • 6.3.B.2 Xung động lượng góc có cùng hướng với mô-men lực tác dụng lên vật thể hoặc hệ.
    • 6.3.B.3 Xung động lượng góc được cung cấp cho một vật thể hoặc hệ cứng bởi một mô-men lực có thể tìm được từ diện tích dưới đường cong của đồ thị mô-men lực theo thời gian.

    Mục tiêu học tập 6.3.C: Liên hệ sự thay đổi động lượng góc của một vật thể hoặc hệ cứng với xung động lượng góc được cung cấp cho vật thể hoặc hệ đó.

    • 6.3.C.1 Độ lớn của sự thay đổi động lượng góc có thể được mô tả bằng cách so sánh độ lớn của động lượng góc cuối và đầu của vật thể hoặc hệ cứng: $\Delta L = L - L_0$
    • 6.3.C.2 Dạng quay của định lý xung – động lượng liên hệ giữa xung động lượng góc được cung cấp cho một vật thể hoặc hệ cứng và sự thay đổi động lượng góc của vật thể hoặc hệ đó.
      • 6.3.C.2.i Xung động lượng góc tác dụng lên một vật thể hoặc hệ cứng bằng sự thay đổi động lượng góc của vật thể hoặc hệ đó.
        • Phương trình: $\Delta L = \tau \Delta t$
      • 6.3.C.2.ii Dạng quay của định lý xung – động lượng là kết quả trực tiếp từ dạng quay của định luật II Newton đối với trường hợp mà quán tính quay không đổi: $\tau_{\text{net}} = \dfrac{\Delta L}{\Delta t} = I \dfrac{\Delta\omega}{\Delta t} = I\alpha$
    • 6.3.C.3 Mô-men lực tổng hợp tác dụng lên một vật thể bằng hệ số góc của đồ thị động lượng góc của vật thể theo thời gian.
    • 6.3.C.4 Xung động lượng góc được cung cấp cho một vật thể bằng diện tích dưới đường cong của đồ thị mô-men lực ngoại tổng hợp tác dụng lên vật thể theo thời gian.

    Tuyên bố biên: Mặc dù AP Physics 1 yêu cầu học sinh có khả năng thao tác toán học độ lớn của động lượng góc sử dụng các quy ước vector một chiều, nhưng hướng của động lượng góc và xung động lượng góc nằm ngoài phạm vi của khóa học.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Angular momentum 角动量 is the rotational version of linear momentum:

    $$L=I\omega.$$
    A net torque acting over time delivers an angular impulse 角冲量 that changes it: $\tau\,\Delta t=\Delta L$ – the rotational impulse–momentum theorem.

    Tiếng Việt

    Động lượng góc là phiên bản quay của động lượng tuyến tính:

    $$L=I\omega.$$
    Một mô-men hợp tác dụng trong khoảng thời gian tạo ra một xung lượng góc làm thay đổi nó: $\tau\,\Delta t=\Delta L$ – định lý xung lượng-động lượng quay.

    6.4

    Conservation of Angular Momentum · ⁨Bảo toàn Động lượng Góc⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 6.4.A: Describe the behavior of a system using conservation of angular momentum.

    • 6.4.A.1 The total angular momentum of a system about a rotational axis is the sum of the angular momenta of the system's constituent parts about that axis.
    • 6.4.A.2 Any change to a system's angular momentum must be due to an interaction between the system and its surroundings.
      • 6.4.A.2.i The angular impulse exerted by one object or system on a second object or system is equal and opposite to the angular impulse exerted by the second object or system on the first. This is a direct result of Newton's third law.
      • 6.4.A.2.ii A system may be selected so that the total angular momentum of that system is constant.
      • 6.4.A.2.iii The angular speed of a nonrigid system may change without the angular momentum of the system changing if the system changes shape by moving mass closer to or further from the rotational axis.
      • 6.4.A.2.iv If the total angular momentum of a system changes, that change will be equivalent to the angular impulse exerted on the system.

    Learning Objective 6.4.B: Describe how the selection of a system determines whether the angular momentum of that system changes.

    • 6.4.B.1 Angular momentum is conserved in all interactions.
    • 6.4.B.2 If the net external torque exerted on a selected object or rigid system is zero, the total angular momentum of that system is constant.
    • 6.4.B.3 If the net external torque exerted on a selected object or rigid system is nonzero, angular momentum is transferred between the system and the environment.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 6.4.A: Mô tả hành vi của một hệ sử dụng bảo toàn động lượng góc.

    • 6.4.A.1 Tổng động lượng góc của một hệ quanh một trục quay là tổng các động lượng góc của các bộ phận cấu thành hệ quanh trục đó.
    • 6.4.A.2 Bất kỳ sự thay đổi nào đối với động lượng góc của một hệ đều phải do tương tác giữa hệ và môi trường xung quanh.
      • 6.4.A.2.i Xung động lượng góc mà một vật thể hoặc hệ tác dụng lên vật thể hoặc hệ thứ hai bằng nhau và ngược chiều với xung động lượng góc mà vật thể hoặc hệ thứ hai tác dụng lên vật thể hoặc hệ đầu tiên. Đây là kết quả trực tiếp của định luật III Newton.
      • 6.4.A.2.ii Có thể chọn một hệ sao cho tổng động lượng góc của hệ đó không đổi.
      • 6.4.A.2.iii Tốc độ góc của một hệ không cứng có thể thay đổi mà không làm thay đổi động lượng góc của hệ nếu hệ thay đổi hình dạng bằng cách di chuyển khối lượng lại gần hoặc ra xa trục quay.
      • 6.4.A.2.iv Nếu tổng động lượng góc của một hệ thay đổi, thì sự thay đổi đó sẽ tương đương với xung động lượng góc tác dụng lên hệ.

    Mục tiêu học tập 6.4.B: Mô tả cách việc lựa chọn hệ xác định liệu động lượng góc của hệ đó có thay đổi hay không.

    • 6.4.B.1 Động lượng góc được bảo toàn trong mọi tương tác.
    • 6.4.B.2 Nếu mô-men lực ngoại tổng hợp tác dụng lên một vật thể hoặc hệ cứng đã chọn bằng không, thì tổng động lượng góc của hệ đó không đổi.
    • 6.4.B.3 Nếu mô-men lực ngoại tổng hợp tác dụng lên một vật thể hoặc hệ cứng đã chọn khác không, động lượng góc sẽ được truyền giữa hệ và môi trường.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    If the net external torque on a system is zero, its total angular momentum is conserved 守恒:

    $$I_1\omega_1=I_2\omega_2.$$
    So if $I$ decreases, $\omega$ increases to keep $L$ constant – this is why a spinning skater speeds up when pulling their arms in. It applies to collisions and explosions of rotating systems too.

    Worked example. A skater spins at $2.0\ \text{rev/s}$ with rotational inertia $I_1=4.0\ \text{kg m}^2$. She pulls her arms in, dropping her rotational inertia to $I_2=1.6\ \text{kg m}^2$. With no external torque, angular momentum is conserved:

    $$\omega_2=\frac{I_1}{I_2}\,\omega_1=\frac{4.0}{1.6}\times2.0=5.0\ \text{rev/s}.$$
    Her kinetic energy actually rises – the extra energy comes from the work her muscles do pulling her arms in against the outward pull.

    Tiếng Việt

    Nếu mô-men ngoại lực hợp tác dụng lên một hệ bằng không, tổng động lượng góc của hệ được bảo toàn:

    $$I_1\omega_1=I_2\omega_2.$$
    Vì vậy nếu $I$ giảm, $\omega$ tăng để giữ cho $L$ không đổi – đây là lý do tại sao một vận động viên trượt băng quay nhanh hơn khi thu tay lại. Hiện tượng này cũng áp dụng cho va chạm và vụ nổ trong các hệ thống quay.

    Ví dụ có lời giải. Một vận động viên trượt băng quay với tốc độ góc $2.0\ \text{rev/s}$ và mô men quán tính $I_1=4.0\ \text{kg m}^2$. Cô thu tay lại, làm giảm mô men quán tính xuống còn $I_2=1.6\ \text{kg m}^2$. Không có mô-men ngoại lực, động lượng góc được bảo toàn:

    $$\omega_2=\frac{I_1}{I_2}\,\omega_1=\frac{4.0}{1.6}\times2.0=5.0\ \text{rev/s}.$$
    Động năng của cô ấy thực tế tăng – phần năng lượng dư thừa đến từ công mà cơ bắp cô ấy thực hiện khi kéo tay vào chống lại lực ly tâm hướng ra ngoài.

    Kéo khối lượng vào trong làm giảm I, nên ω tăng để bảo toàn L = Iω
    Kéo khối lượng vào trong làm giảm I, nên ω tăng để bảo toàn L = Iω
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    rotational kinetic energy/rəʊˈteɪʃənl kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ động năng quay
    Angular momentum/ˈæŋɡjʊlə məʊˈmentəm/ Động lượng góc
    angular impulse/ˈæŋɡjʊlə ˈɪmpʌls/ xung lượng góc
    conserved/kənˈsɜːvd/ bảo toàn
    6.5

    Rolling · ⁨Chuyển động Lăn⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 6.5.A: Describe the kinetic energy of a system that has translational and rotational motion.

    • 6.5.A.1 The total kinetic energy of a system is the sum of the system's translational and rotational kinetic energies.
      • Equation: $K_{\text{tot}} = K_{\text{trans}} + K_{\text{rot}}$

    Learning Objective 6.5.B: Describe the motion of a system that is rolling without slipping.

    • 6.5.B.1 While rolling without slipping, the translational motion of a system's center of mass is related to the rotational motion of the system itself with the equations:
      • Equation: $\Delta x_{\text{cm}} = r\Delta\theta$
      • Equation: $v_{\text{cm}} = r\omega$
      • Equation: $a_{\text{cm}} = r\alpha$
    • 6.5.B.2 For ideal cases, rolling without slipping implies that the frictional force does not dissipate any energy from the rolling system.

    Learning Objective 6.5.C: Describe the motion of a system that is rolling while slipping.

    • 6.5.C.1 When slipping, the motion of a system's center of mass and the system's rotational motion cannot be directly related.
    • 6.5.C.2 When a rotating system is slipping relative to another surface, the point of application of the force of kinetic friction exerted on the system moves with respect to the surface, so the force of kinetic friction will dissipate energy from the system.

    Boundary statement: Rolling friction is beyond the scope of AP Physics 1.

    Boundary statement: The precise mathematical relationships between linear and angular quantities while a rigid body is rolling while slipping are beyond the scope of AP Physics 1 and 2, and students will not be expected to model those relationships quantitatively. However, students are expected to qualitatively explain the changes to linear and angular quantities while a rigid body is rolling while slipping.

    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 6.5.A: Mô tả động năng của một hệ có cả chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay.

    • 6.5.A.1 Tổng động năng của một hệ là tổng các động năng tịnh tiến và động năng quay của hệ.
      • Phương trình: $K_{\text{tot}} = K_{\text{trans}} + K_{\text{rot}}$

    Mục tiêu học tập 6.5.B: Mô tả chuyển động của một hệ đang lăn không trượt.

    • 6.5.B.1 Khi lăn không trượt, chuyển động tịnh tiến của trọng tâm hệ thống liên quan đến chuyển động quay của chính hệ thống theo các phương trình:
      • Phương trình: $\Delta x_{\text{cm}} = r\Delta\theta$
      • Phương trình: $v_{\text{cm}} = r\omega$
      • Phương trình: $a_{\text{cm}} = r\alpha$
    • 6.5.B.2 Trong trường hợp lý tưởng, lăn không trượt có nghĩa là lực ma sát không làm tiêu tán bất kỳ năng lượng nào từ hệ thống đang lăn.

    Mục tiêu học tập 6.5.C: Mô tả chuyển động của một hệ thống đang lăn có trượt.

    • 6.5.C.1 Khi có trượt, chuyển động của trọng tâm hệ thống và chuyển động quay của hệ thống không thể liên kết trực tiếp với nhau.
    • 6.5.C.2 Khi một hệ thống đang quay trượt so với bề mặt khác, điểm đặt của lực ma sát động tác dụng lên hệ thống di chuyển tương đối với bề mặt, do đó lực ma sát động sẽ làm tiêu tán năng lượng từ hệ thống.

    Tuyên bố giới hạn: Ma sát lăn nằm ngoài phạm vi của AP Physics 1.

    Tuyên bố giới hạn: Các mối quan hệ toán học chính xác giữa các đại lượng tuyến tính và góc khi một vật cứng lăn có trượt nằm ngoài phạm vi của AP Physics 1 và 2, và học sinh sẽ không được yêu cầu mô hình hóa các mối quan hệ này một cách định lượng. Tuy nhiên, học sinh cần giải thích bằng lời (định tính) những thay đổi đối với các đại lượng tuyến tính và góc khi một vật cứng lăn có trượt.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Rolling without slipping 纯滚动 links the translational and rotational motions: the contact point is momentarily at rest, so

    $$v=r\omega \qquad\text{and}\qquad a=r\alpha.$$
    A rolling object's energy splits between translation and rotation, so on an incline it accelerates more slowly than a frictionless sliding object – some energy goes into spin.

    Worked example. For a solid disk ($I=\tfrac12 mR^2$) that rolls without slipping, what fraction of its kinetic energy is rotational? Using $v=R\omega$, the rotational part is $\tfrac12 I\omega^2=\tfrac12(\tfrac12 mR^2)\omega^2=\tfrac14 mv^2$, while the translational part is $\tfrac12 mv^2$. So the total is $\tfrac34 mv^2$ and the rotational share is $\tfrac{1/4}{3/4}=\tfrac13$. A hoop, with its mass farther out, stores half its energy in spin and rolls down a ramp even more slowly.

    Tiếng Việt

    Lăn không trượt liên kết chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay: điểm tiếp xúc tức thời đứng yên, do đó

    $$v=r\omega \qquad\text{and}\qquad a=r\alpha.$$
    Năng lượng của vật lăn phân chia giữa chuyển động tịnh tiến và quay, nên trên mặt dốc nó gia tốc chậm hơn so với vật trượt không ma sát – một phần năng lượng đi vào chuyển động quay.

    Ví dụ giải. Đối với một đĩa đặc ($I=\tfrac12 mR^2$) lăn không trượt, tỷ lệ nào của động năng là động năng quay? Sử dụng $v=R\omega$, phần quay là $\tfrac12 I\omega^2=\tfrac12(\tfrac12 mR^2)\omega^2=\tfrac14 mv^2$, trong khi phần tịnh tiến là $\tfrac12 mv^2$. Vậy tổng là $\tfrac34 mv^2$ và tỷ lệ quay là $\tfrac{1/4}{3/4}=\tfrac13$. Một vòng tròn, với khối lượng nằm xa hơn về phía rìa, lưu trữ một nửa năng lượng vào chuyển động quay và lăn xuống dốc chậm hơn nữa.

    Trong lăn không trượt, điểm tiếp xúc đứng yên, nên v = rω
    Trong lăn không trượt, điểm tiếp xúc đứng yên, nên v = rω
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Rolling without slipping/ˈrəʊlɪŋ wɪˈðaʊt ˈslɪpɪŋ/ Lăn không trượt
    satellite/ˈsætəlaɪt/ tinh vân
    Escape velocity/eˈskeɪp vəˈlɒsɪti/ Vận tốc thoát ly
    6.6

    Motion of Orbiting Satellites · ⁨Chuyển động của Vệ tinh Quanh quỹ đạo⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 6.6.A: Describe the motions of a system consisting of two objects interacting only via gravitational forces.

    • 6.6.A.1 In a system consisting only of a massive central object and an orbiting satellite with mass that is negligible in comparison to the central object's mass, the motion of the central object itself is negligible.
    • 6.6.A.2 The motion of satellites in orbits is constrained by conservation laws.
      • 6.6.A.2.i In circular orbits, the system's total mechanical energy, the system's gravitational potential energy, and the satellite's angular momentum and kinetic energy are constant.
      • 6.6.A.2.ii In elliptical orbits, the system's total mechanical energy and the satellite's angular momentum are constant, but the system's gravitational potential energy and the satellite's kinetic energy can each change.
      • 6.6.A.2.iii The gravitational potential energy of a system consisting of a satellite and a massive central object is defined to be zero when the satellite is an infinite distance from the central object.
        • Equation: $U_g = -G\dfrac{m_1 m_2}{r}$
    • 6.6.A.3 The escape velocity of a satellite is the satellite's velocity such that the mechanical energy of the satellite–central-object system is equal to zero.
      • 6.6.A.3.i When the only force exerted on a satellite is gravity from a central object, a satellite that reaches escape velocity will move away from the central body until its speed reaches zero at an infinite distance from the central body.
      • 6.6.A.3.ii The escape velocity of a satellite from a central body of mass $M$ can be derived using conservation of energy laws.
        • Equation (derived): $v_{\text{esc}} = \sqrt{\dfrac{2GM}{r}}$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 6.6.A: Mô tả chuyển động của một hệ thống gồm hai vật tương tác chỉ thông qua lực hấp dẫn.

    • 6.6.A.1 Trong hệ thống chỉ bao gồm một vật trung tâm mass lớn và một vệ tinh có khối lượng bỏ so với khối lượng của vật trung tâm, bản thân chuyển động của vật trung tâm là không đáng kể.
    • 6.6.A.2 Chuyển động của các vệ tinh trong quỹ đạo bị ràng buộc bởi các định luật bảo toàn.
      • 6.6.A.2.i Trong các quỹ đạo tròn, tổng năng lượng cơ học của hệ thống, thế năng hấp dẫn của hệ thống, động lượng góc và động năng của vệ tinh đều không đổi.
      • 6.6.A.2.ii Trong các quỹ đạo elip, tổng năng lượng cơ học của hệ thống và động lượng góc của vệ tinh không đổi, nhưng thế năng hấp dẫn của hệ thống và động năng của vệ tinh có thể thay đổi.
      • 6.6.A.2.iii Thế năng hấp dẫn của hệ thống gồm một vệ tinh và một vật trung tâm mass lớn được quy ước bằng 0 khi vệ tinh ở vô cùng xa vật trung tâm.
        • Phương trình: $U_g = -G\dfrac{m_1 m_2}{r}$
    • 6.6.A.3 Vận tốc thoát ly của một vệ tinh là vận tốc của vệ tinh sao cho năng lượng cơ học của hệ thống vệ tinh–vật trung tâm bằng 0.
      • 6.6.A.3.i Khi lực duy nhất tác dụng lên vệ tinh là lực hấp dẫn từ vật trung tâm, một vệ tinh đạt vận tốc thoát ly sẽ di chuyển ra xa vật trung tâm cho đến khi tốc độ của nó giảm về 0 tại khoảng cách vô cùng từ vật trung tâm.
      • 6.6.A.3.ii Vận tốc thoát ly của một vệ tinh khỏi một vật trung tâm có khối lượng $M$ có thể được suy导出 từ các định luật bảo toàn năng lượng.
        • Phương trình (suy导出): $v_{\text{esc}} = \sqrt{\dfrac{2GM}{r}}$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Orbital motion (Kepler's 2nd law)

    A satellite 卫星 in orbit is in free fall: gravity provides the exact centripetal force needed to curve its path into an orbit. Setting gravity equal to the centripetal requirement,

    $$\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\ \Rightarrow\ v=\sqrt{\frac{GM}{r}}.$$
    So a larger orbit means a slower speed. For a circular orbit, angular momentum and mechanical energy are both constant; for an elliptical orbit, angular momentum is conserved (no torque about the planet) while speed varies – fastest when closest.

    Worked example. Find the speed of a satellite in a low orbit just above the Earth, radius $r=6.4\times10^{6}\ \text{m}$, with $GM=4.0\times10^{14}\ \text{m}^3/\text{s}^2$:

    $$v=\sqrt{\frac{GM}{r}}=\sqrt{\frac{4.0\times10^{14}}{6.4\times10^{6}}}=\sqrt{6.25\times10^{7}}\approx 7.9\times10^{3}\ \text{m/s},$$
    about $7.9\ \text{km/s}$ – and notice that the satellite's mass cancels, so all low orbits share this speed.

    Escape velocity 逃逸速度 is the launch speed that just lets an object leave for good: its total mechanical energy is exactly zero, so it slows to zero speed only at infinite distance. Setting $\tfrac12 mv^2 - \dfrac{GMm}{r}=0$ (using the general gravitational PE $U_g=-GMm/r$) and solving for $v$,

    $$v_{\text{esc}}=\sqrt{\frac{2GM}{r}}.$$
    It is $\sqrt2$ times the circular-orbit speed at the same radius, and (like orbital speed) does not depend on the escaping object's mass.

    Tiếng Việt
    Chuyển động quỹ đạo (Định luật 2 Kepler)

    Một vệ tinh trong quỹ đạo đang rơi tự do: trọng lực cung cấp chính xác lực hướng tâm cần thiết để bẻ cong đường đi của nó thành một quỹ đạo. Đặt trọng lực bằng yêu cầu lực hướng tâm,

    $$\frac{GMm}{r^2}=\frac{mv^2}{r}\ \Rightarrow\ v=\sqrt{\frac{GM}{r}}.$$
    Vì vậy quỹ đạo lớn hơn có nghĩa là tốc độ chậm hơn. Đối với quỹ đạo tròn, động lượng góc và năng lượng cơ học đều không đổi; đối với quỹ đạo elip, động lượng góc được bảo toàn (không có mô-men quanh hành tinh) trong khi tốc độ thay đổi – nhanh nhất khi gần nhất.

    Trọng lực tạo ra lực hướng tâm giữ vệ tinh trên quỹ đạo
    Trọng lực cung cấp lực hướng tâm giữ vệ tinh trong quỹ đạo

    Ví dụ giải. Tìm tốc độ của một vệ tinh trong quỹ đạo thấp ngay trên Trái Đất, bán kính $r=6.4\times10^{6}\ \text{m}$, với $GM=4.0\times10^{14}\ \text{m}^3/\text{s}^2$:

    $$v=\sqrt{\frac{GM}{r}}=\sqrt{\frac{4.0\times10^{14}}{6.4\times10^{6}}}=\sqrt{6.25\times10^{7}}\approx 7.9\times10^{3}\ \text{m/s},$$
    khoảng $7.9\ \text{km/s}$ – và chú ý rằng khối lượng vệ tinh bị triệt tiêu, vì vậy tất cả các quỹ đạo thấp đều có cùng tốc độ này.

    Ảnh chụp Trạm Vũ trụ Quốc tế đang quỹ đạo quanh Trái Đất
    Trạm Vũ trụ Quốc tế: một vệ tinh thực tế được giữ trong quỹ đạo chỉ bởi trọng lực

    Tốc độ thoát ly là tốc độ phóng thích vừa đủ để một vật thể rời đi mãi mãi: tổng năng lượng cơ học của nó chính xác bằng không, vì vậy nó giảm tốc độ về không chỉ ở vô cực. Đặt $\tfrac12 mv^2 - \dfrac{GMm}{r}=0$ (sử dụng thế năng hấp dẫn tổng quát $U_g=-GMm/r$) và giải tìm $v$,

    $$v_{\text{esc}}=\sqrt{\frac{2GM}{r}}.$$
    Nó bằng $\sqrt2$ lần tốc độ quỹ đạo tròn tại cùng bán kính, và (giống như tốc độ quỹ đạo) không phụ thuộc vào khối lượng của vật thể thoát ly.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Compare orbits at different radii · ⁨So sánh quỹ đạo ở bán kính khác nhau⁩

    A satellite is in free fall, its gravity supplying the centripetal force. A larger orbit means a slower speed and a longer period — Kepler's third law. · ⁨Vệ tinh đang ở trạng thái rơi tự do, trọng lực cung cấp lực hướng tâm. Quỹ đạo lớn hơn nghĩa là tốc độ chậm hơn và chu kỳ dài hơn — định luật Kepler thứ ba.⁩

    6.6

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Conserve angular momentum $L=I\omega$ when no external torque acts: a smaller $I$ (arms pulled in) gives a larger $\omega$.
    • A rolling object splits its energy between $\tfrac12 mv^2$ and $\tfrac12 I\omega^2$, linked by $v=r\omega$ — so it accelerates down a ramp more slowly than a sliding one.
    • For a circular orbit set gravity equal to the centripetal requirement: $v=\sqrt{GM/r}$, so a larger orbit is slower and the satellite's mass cancels.
    • Pulling in raises the spin and the kinetic energy — the extra energy comes from the work done pulling inward; $L$ is unchanged.
    • Watch which rotational quantity is conserved: $L$ (no torque) versus energy (no friction) are different conditions.
    Tiếng Việt
    • Bảo toàn động lượng góc $L=I\omega$ khi không có mô-men ngoại lực tác dụng: $I$ nhỏ hơn (tay thu lại) dẫn đến $\omega$ lớn hơn.
    • Một vật lăn phân chia năng lượng giữa $\tfrac12 mv^2$ và $\tfrac12 I\omega^2$, liên kết qua $v=r\omega$ – vì vậy nó gia tốc xuống dốc chậm hơn so với vật trượt.
    • Đối với quỹ đạo tròn, đặt trọng lực bằng yêu cầu lực hướng tâm: $v=\sqrt{GM/r}$, do đó quỹ đạo lớn hơn chậm hơn và khối lượng vệ tinh bị triệt tiêu.
    • Thu tay vào làm tăng cả spin và động năng – phần năng lượng dư thừa đến từ công thực hiện khi kéo vào trong; $L$ không đổi.
    • Chú ý đại lượng quay nào được bảo toàn: $L$ (không có mô-men) so với năng lượng (không có ma sát) là những điều kiện khác nhau.
  • 7

    Oscillations · ⁨Dao động⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    7.1

    Defining Simple Harmonic Motion

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 7.1.A: Describe simple harmonic motion.

    • 7.1.A.1 Simple harmonic motion is a special case of periodic motion.
    • 7.1.A.2 SHM results when the magnitude of the restoring force exerted on an object is proportional to that object's displacement from its equilibrium position.
      • Equation: $ma_x = -k\Delta x$
      • 7.1.A.2.i A restoring force is a force that is exerted in a direction opposite to the object's displacement from an equilibrium position.
      • 7.1.A.2.ii An equilibrium position is a location at which the net force exerted on an object or system is zero.
      • 7.1.A.2.iii The motion of a pendulum with a small angular displacement can be modeled as simple harmonic motion because the restoring torque is proportional to the angular displacement.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 7.1.A: Mô tả chuyển động điều hòa đơn.

    • 7.1.A.1 Chuyển động điều hòa đơn là một trường hợp đặc biệt của chuyển động chu kỳ.
    • 7.1.A.2 SHM xảy ra khi độ lớn của lực hồi phục tác dụng lên vật tỷ lệ thuận với độ dịch chuyển của vật đó khỏi vị trí cân bằng.
      • Phương trình: $ma_x = -k\Delta x$
      • 7.1.A.2.i Lực hồi phục là lực tác dụng theo hướng ngược lại với độ dịch chuyển của vật khỏi vị trí cân bằng.
      • 7.1.A.2.ii Vị trí cân bằng là vị trí mà tổng lực tác dụng lên vật hoặc hệ thống bằng 0.
      • 7.1.A.2.iii Chuyển động của con lắc với góc lệch nhỏ có thể được mô hình hóa như chuyển động điều hòa đơn vì mô-men lực hồi phục tỷ lệ thuận với góc lệch.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Simple harmonic motion

    Simple harmonic motion 简谐运动 (SHM) is a back-and-forth oscillation 振动 caused by a restoring force 回复力 that is proportional to the displacement from equilibrium and always points back toward it: $F=-kx$. A mass on a spring and (for small angles) a pendulum are the standard examples. Because the force grows with displacement, the motion is smooth and repeating, tracing a sine curve in time.

    In SHM the acceleration always points back towards equilibrium, opposite the displacement
    In SHM the acceleration always points back towards equilibrium, opposite the displacement

    The test for SHM is exactly this: acceleration proportional to displacement and opposite in direction, $a=-\dfrac{k}{m}x$. A pendulum only obeys it for small swings, where $\sin\theta\approx\theta$; large swings are not quite SHM.

    A spring under load: Hooke's law F = −kx is the restoring force that produces SHM
    A spring under load: Hooke's law F = −kx is the restoring force that produces SHM
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Simple harmonic motion/ˈsɪmpl hɑːˈmɒnɪk ˈməʊʃn/ Chuyển động điều hòa
    oscillation/ˌɒsɪˈleɪʃn/ dao động
    restoring force/rɪˈstɔːrɪŋ fɔːs/ lực phục hồi
    7.2

    Frequency and Period of SHM

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 7.2.A: Describe the frequency and period of an object exhibiting SHM.

    • 7.2.A.1 The period of SHM is related to the frequency $f$ of the object's motion by the following equation:
      • Equation: $T = \dfrac{1}{f}$
      • 7.2.A.1.i The period of an object–ideal-spring oscillator is given by the equation $T_s = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}}$.
      • 7.2.A.1.ii The period of a simple pendulum displaced by a small angle is given by the equation $T_p = 2\pi\sqrt{\dfrac{\ell}{g}}$.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 7.2.A: Mô tả tần số và chu kỳ của vật thực hiện SHM.

    • 7.2.A.1 Chu kỳ của SHM liên quan đến tần số $f$ của chuyển động vật thông qua phương trình sau:
      • Phương trình: $T = \dfrac{1}{f}$
      • 7.2.A.1.i Chu kỳ của bộ dao động vật–lò xo lý tưởng được cho bởi phương trình $T_s = 2\pi\sqrt{\dfrac{m}{k}}$.
      • 7.2.A.1.ii Chu kỳ của con lắc đơn bị lệch một góc nhỏ được cho bởi phương trình $T_p = 2\pi\sqrt{\dfrac{\ell}{g}}$.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    • The period 周期 $T$ is the time for one full cycle.
    • The frequency 频率 $f=\dfrac{1}{T}$ is cycles per second (hertz).

    For SHM these depend only on the system, not on the amplitude:

    $$T_{\text{spring}}=2\pi\sqrt{\frac{m}{k}},\qquad T_{\text{pendulum}}=2\pi\sqrt{\frac{L}{g}}.$$
    So a stiffer spring or smaller mass oscillates faster; a longer pendulum swings slower.

    Worked example. A $0.25\ \text{kg}$ mass hangs on a spring of stiffness $k=100\ \text{N/m}$. Its period is

    $$T=2\pi\sqrt{\frac{m}{k}}=2\pi\sqrt{\frac{0.25}{100}}=0.31\ \text{s},\qquad f=\frac{1}{T}=3.2\ \text{Hz}.$$

    Worked example. A pendulum clock ticks with a period of exactly $2.0\ \text{s}$. How long is it? Rearranging $T=2\pi\sqrt{L/g}$,

    $$L=g\left(\frac{T}{2\pi}\right)^2=9.8\times\left(\frac{2.0}{2\pi}\right)^2=0.99\ \text{m}.$$
    Notice the amplitude never entered – a wide or narrow swing keeps the same time, which is what makes pendulums good clocks.

    A set of tuning forks of different sizes
    Tuning forks: a longer, heavier fork vibrates more slowly, giving a lower frequency
    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Time a pendulum's swing · ⁨Đo thời gian dao động của con lắc⁩

    A pendulum's period depends on its length and gravity, not its mass or (small) amplitude: $T=2\pi\sqrt{L/g}$. Lengthen it and each swing takes longer. · ⁨Chu kỳ của con lắc phụ thuộc vào chiều dài và gia tốc trọng trường, không phụ thuộc vào khối lượng hay (biên nhỏ): $T=2\pi\sqrt{L/g}$. Kéo dài chiều dài thì mỗi lần dao động mất nhiều thời gian hơn.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    period/ˈpɪərɪəd/ chu kỳ
    frequency/ˈfriːkwənsi/ tần số
    7.3

    Representing and Analyzing SHM

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 7.3.A: Describe the displacement, velocity, and acceleration of an object exhibiting SHM.

    • 7.3.A.1 For an object exhibiting SHM, the displacement of that object measured from its equilibrium position can be represented by the equations $x = A\cos(2\pi ft)$ or $x = A\sin(2\pi ft)$.
      • 7.3.A.1.i Minima, maxima, and zeros of displacement, velocity, and acceleration are features of harmonic motion.
      • 7.3.A.1.ii Recognizing the positions or times at which the displacement, velocity, and acceleration for SHM have extrema or zeros can help in qualitatively describing the behavior of the motion.
    • 7.3.A.2 Changing the amplitude of a system exhibiting SHM will not change the period of that system.
    • 7.3.A.3 Properties of SHM can be determined and analyzed using graphical representations.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 7.3.A: Mô tả độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc của vật thực hiện SHM.

    • 7.3.A.1 Đối với vật thực hiện SHM, độ dịch chuyển của vật đo từ vị trí cân bằng có thể được biểu diễn bằng các phương trình $x = A\cos(2\pi ft)$ hoặc $x = A\sin(2\pi ft)$.
      • 7.3.A.1.i Các điểm cực tiểu, cực đại và bằng không của độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc là những đặc trưng của dao động điều hòa.
      • 7.3.A.1.ii Việc xác định các vị trí hoặc thời điểm mà độ dịch chuyển, vận tốc và gia tốc trong dao động điều hòa đạt giá trị cực đại hoặc bằng không có thể giúp mô tả định tính hành vi của chuyển động.
    • 7.3.A.2 Thay đổi biên độ của một hệ thống thực hiện SHM sẽ không làm thay đổi chu kỳ của hệ thống đó.
    • 7.3.A.3 Các tính chất của SHM có thể được xác định và phân tích thông qua các biểu đồ.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    The displacement varies sinusoidally: $x(t)=A\cos(\omega t)$ (or sine), where $A$ is the amplitude 振幅 (maximum displacement) and $\omega=2\pi f$ is the angular frequency 角频率. Reading the motion:

    Displacement varies sinusoidally with time in simple harmonic motion
    Displacement varies sinusoidally with time in simple harmonic motion
    • At the extremes ($x=\pm A$): displacement and restoring force are maximum, so acceleration is maximum, but velocity is zero.
    • At equilibrium 平衡 ($x=0$): force and acceleration are zero, but speed is maximum.

    Velocity and acceleration are also sinusoidal, shifted in phase 相位 from the displacement – velocity leads displacement by a quarter cycle, and acceleration is exactly opposite to displacement.

    Displacement, velocity, and acceleration in SHM, each a quarter-cycle apart
    Displacement, velocity, and acceleration in SHM, each a quarter-cycle apart

    Read the figure as a story: where $x$ is largest (the turning point), $v$ has just fallen to zero and $a$ is at its most negative, hauling the mass back; a quarter-cycle later the mass races through the middle at top speed with zero acceleration.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ biên
    angular frequency/ˈæŋɡjʊlə ˈfriːkwənsi/ tần số góc
    phase/feɪz/ pha
    equilibrium/ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/ cân bằng
    7.4

    Energy of Simple Harmonic Oscillators

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 7.4.A: Describe the mechanical energy of a system exhibiting SHM.

    • 7.4.A.1 The total energy of a system exhibiting SHM is the sum of the system's kinetic and potential energies.
      • Equation: $E_{\text{total}} = U + K$
    • 7.4.A.2 Conservation of energy indicates that the total energy of a system exhibiting SHM is constant.
    • 7.4.A.3 The kinetic energy of a system exhibiting SHM is at a maximum when the system's potential energy is at a minimum.
    • 7.4.A.4 The potential energy of a system exhibiting SHM is at a maximum when the system's kinetic energy is at a minimum.
      • 7.4.A.4.i The minimum kinetic energy of a system exhibiting SHM is zero.
      • 7.4.A.4.ii Changing the amplitude of a system exhibiting SHM will change the maximum potential energy of the system and, therefore, the total energy of the system.
      • Relevant equation for a spring–object system: $E_{\text{total}} = \dfrac{1}{2}kA^2$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 7.4.A: Mô tả năng lượng cơ học của hệ thống thực hiện SHM.

    • 7.4.A.1 Tổng năng lượng của hệ thống thực hiện SHM là tổng của động năng và thế năng của hệ thống.
      • Phương trình: $E_{\text{total}} = U + K$
    • 7.4.A.2 Định luật bảo toàn năng lượng chỉ ra rằng tổng năng lượng của hệ thống thực hiện SHM là không đổi.
    • 7.4.A.3 Động năng của hệ thống thực hiện SHM đạt cực đại khi thế năng của hệ thống đạt cực tiểu.
    • 7.4.A.4 Thế năng của một hệ thực hiện dao động điều hòa đạt cực đại khi động năng của hệ đạt cực tiểu.
      • 7.4.A.4.i Động năng cực tiểu của một hệ thực hiện dao động điều hòa bằng không.
      • 7.4.A.4.ii Thay đổi biên độ của một hệ thực hiện dao động điều hòa sẽ làm thay đổi thế năng cực đại của hệ, và do đó làm thay đổi tổng năng lượng của hệ.
      • Phương trình liên quan cho hệ lò xo – vật: $E_{\text{total}} = \dfrac{1}{2}kA^2$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    Energy conservation: KE ⇄ PE

    Energy sloshes between kinetic and potential while the total stays constant (no friction):

    $$E=\tfrac{1}{2}kA^2 = \tfrac{1}{2}kx^2+\tfrac{1}{2}mv^2.$$
    At the extremes it is all potential; at equilibrium it is all kinetic (maximum speed). Because $E\propto A^2$, doubling the amplitude quadruples the energy.

    Kinetic and potential energy swap over a cycle while the total energy stays constant
    Kinetic and potential energy swap over a cycle while the total energy stays constant

    Worked example. A $0.50\ \text{kg}$ mass on a spring of stiffness $k=200\ \text{N/m}$ oscillates with amplitude $A=0.10\ \text{m}$. Find its maximum speed. All the energy is kinetic at the equilibrium point, so $\tfrac12 kA^2=\tfrac12 mv_{\max}^2$:

    $$v_{\max}=A\sqrt{\frac{k}{m}}=0.10\times\sqrt{\frac{200}{0.50}}=0.10\times20=2.0\ \text{m/s}.$$
    The energy method is faster than tracking the sine functions when you only need the greatest speed.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Trade kinetic and potential energy in SHM · ⁨Trao đổi động năng và thế năng trong dao động điều hòa⁩

    In simple harmonic motion, energy sloshes between kinetic (fastest at the centre) and potential (greatest at the extremes) while the total stays constant. · ⁨Trong dao động điều hòa, năng lượng dao động qua lại giữa động năng (nhanh nhất tại tâm) và thế năng (lớn nhất tại biên) trong khi tổng năng lượng không đổi.⁩

    7.4

    Exam tips

    • Test for SHM: the acceleration must be proportional to the displacement and directed back toward the middle ($a=-\tfrac{k}{m}x$).
    • The period does not depend on amplitude — use $T=2\pi\sqrt{m/k}$ (spring) or $T=2\pi\sqrt{L/g}$ (pendulum, small angles).
    • Speed is maximum at the middle (all kinetic) and zero at the extremes (all potential); acceleration is largest at the extremes.
    • Use energy ($\tfrac12 kA^2 = \tfrac12 kx^2 + \tfrac12 mv^2$) to find the maximum speed quickly: $v_{\max}=A\sqrt{k/m}$.
    • Total energy $\propto A^2$, so doubling the amplitude quadruples the energy.
  • 8

    Fluids · ⁨Chất lưu⁩

    Watch lesson · ⁨Xem bài học⁩
    8.1

    Internal Structure and Density · ⁨Cấu trúc bên trong và Mật độ⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 8.1.A: Describe the properties of a fluid.

    • 8.1.A.1 Distinguishing properties of solids, liquids, and gases stem from the varying interactions between atoms and molecules.
    • 8.1.A.2 A fluid is a substance that has no fixed shape.
    • 8.1.A.3 Fluids can be characterized by their density. Density is defined as a ratio of mass to volume.
      • Equation: $\rho = \dfrac{m}{V}$
    • 8.1.A.4 An ideal fluid is incompressible and has no viscosity.
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 8.1.A: Mô tả các tính chất của chất lưu.

    • 8.1.A.1 Các tính chất phân biệt của chất rắn, chất lỏng và chất khí xuất phát từ sự tương tác khác nhau giữa các nguyên tử và phân tử.
    • 8.1.A.2 Chất lưu là một chất không có hình dạng cố định.
    • 8.1.A.3 Chất lưu có thể được đặc trưng bởi mật độ của chúng. Mật độ được định nghĩa là tỷ số giữa khối lượng và thể tích.
      • Phương trình: $\rho = \dfrac{m}{V}$
    • 8.1.A.4 Một chất lưu lý tưởng là chất không nén được và không có độ nhớt.

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    The differences between solids, liquids, and gases come from how strongly their particles interact. A fluid 流体 (liquid or gas) has no fixed shape – it flows because its particles move past one another. Density 密度 is mass per unit volume:

    $$\rho=\frac{m}{V}.$$
    It depends on the substance and its state. An object sinks or floats depending on how its density compares with the surrounding fluid's – less dense floats, more dense sinks. An ideal fluid 理想流体 is incompressible 不可压缩 (constant density, whatever the pressure) and has no viscosity 黏度 (internal friction) – the model AP uses throughout.

    Tiếng Việt

    Sự khác biệt giữa chất rắn, chất lỏng và chất khí đến từ mức độ tương tác mạnh yếu giữa các hạt của chúng. Một chất lưu (chất lỏng hoặc khí) không có hình dạng cố định – nó chảy vì các hạt của nó trượt qua nhau. Mật độ là khối lượng trên một đơn vị thể tích:

    $$\rho=\frac{m}{V}.$$
    Nó phụ thuộc vào bản chất vật liệu và trạng thái của nó. Một vật chìm hay nổi tùy thuộc vào mật độ của nó so với chất lưu xung quanh – ít密度 hơn thì nổi, nhiều density hơn thì chìm. Một chất lưu lý tưởng là không nén được (mật độ không đổi, bất kể áp suất) và không có sức nhớt (ma sát nội) – mô hình AP sử dụng throughout.

    Explore · ⁨Khám phá⁩

    Float or sink by density · ⁨Nổi hay chìm dựa theo mật độ⁩

    An object floats if it is less dense than the fluid. Change the density and watch it ride higher or sink, displacing its own weight of fluid. · ⁨Một vật nổi nếu nó ít đặc hơn chất lỏng. Thay đổi mật độ và quan sát nó nổi cao hơn hoặc chìm xuống, đẩy một lượng chất lỏng có trọng lượng bằng chính nó.⁩

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Density/ˈdensɪti/ Mật độ
    ideal fluid/aɪˈdɪəl ˈfluːɪd/ Chất lưu lý tưởng
    incompressible/ˌɪnkəmˈpresəbl/ không nén được
    viscosity/vɪˈskɒsɪti/ độ nhớt
    8.2

    Pressure · ⁨Áp suất⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 8.2.A: Describe the pressure exerted on a surface by a given force.

    • 8.2.A.1 Pressure is defined as the magnitude of the perpendicular force component exerted per unit area over a given surface area, as described by the equation
      • Equation: $P = \dfrac{F_\perp}{A}$
    • 8.2.A.2 Pressure is a scalar quantity.
    • 8.2.A.3 The volume and density of a given amount of an incompressible fluid is constant regardless of the pressure exerted on that fluid.

    Learning Objective 8.2.B: Describe the pressure exerted by a fluid.

    • 8.2.B.1 The pressure exerted by a fluid is the result of the entirety of the interactions between the fluid's constituent particles and the surface with which those particles interact.
    • 8.2.B.2 The absolute pressure of a fluid at a given point is equal to the sum of a reference pressure $P_0$, such as the atmospheric pressure $P_{\text{atm}}$, and the gauge pressure $P_{\text{gauge}}$.
      • Equation: $P = P_0 + \rho g h$
    • 8.2.B.3 The gauge pressure of a vertical column of fluid is described by the equation
      • Equation: $P_{\text{gauge}} = \rho g h$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 8.2.A: Mô tả áp suất tác dụng lên một bề mặt bởi một lực xác định.

    • 8.2.A.1 Áp suất được định nghĩa là độ lớn của thành phần lực vuông góc tác dụng trên một đơn vị diện tích của một bề mặt nhất định, như được mô tả bởi phương trình
      • Phương trình: $P = \dfrac{F_\perp}{A}$
    • 8.2.A.2 Áp suất là một đại lượng vô hướng.
    • 8.2.A.3 Thể tích và mật độ của một lượng chất lưu không nén được là hằng số bất kể áp suất nào tác dụng lên chất lưu đó.

    Mục tiêu học tập 8.2.B: Mô tả áp suất tác dụng bởi chất lưu.

    • 8.2.B.1 Áp suất tác dụng bởi chất lưu là kết quả của toàn bộ các tương tác giữa các hạt cấu thành chất lưu và bề mặt mà các hạt này tương tác.
    • 8.2.B.2 Áp suất tuyệt đối của chất lưu tại một điểm cho trước bằng tổng của một áp suất tham chiếu $P_0$, chẳng hạn như áp suất khí quyển $P_{\text{atm}}$, và áp suất kế (áp suất dư) $P_{\text{gauge}}$.
      • Phương trình: $P = P_0 + \rho g h$
    • 8.2.B.3 Áp suất kế của một cột chất lưu thẳng đứng được mô tả bởi phương trình
      • Phương trình: $P_{\text{gauge}} = \rho g h$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    Pressure 压强 is the perpendicular force per unit area, a scalar 标量 measured in pascals (Pa):

    $$P=\frac{F_\perp}{A}.$$
    In a fluid at rest, pressure increases with depth 深度 because of the weight of fluid above:
    $$P=P_0+\rho g h,$$
    where $P_0$ is the pressure at the surface and $h$ is the depth. Pressure acts equally in all directions at a point and pushes perpendicular to any surface.

    Distinguish the two pressures AP asks about: the gauge pressure 表压 is the extra pressure the fluid column adds, $P_{\text{gauge}}=\rho g h$, while the absolute pressure 绝对压强 is the total, $P=P_0+P_{\text{gauge}}$ (with $P_0$ usually atmospheric). A tyre gauge reading "$200\ \text{kPa}$" is gauge pressure; the air inside is really at about $300\ \text{kPa}$ absolute.

    Worked example. Find the total pressure on a diver $10\ \text{m}$ below the surface of water ($\rho=1000\ \text{kg/m}^3$, surface pressure $P_0=1.0\times10^{5}\ \text{Pa}$):

    $$P=P_0+\rho g h=1.0\times10^{5}+1000\times9.8\times10=1.98\times10^{5}\ \text{Pa}.$$
    Every $10\ \text{m}$ of water adds roughly one extra atmosphere of pressure. Notice the pressure does not depend on the shape or width of the container, only on the depth.

    Tiếng Việt

    Áp suất là lực vuông góc trên một đơn vị diện tích, là đại lượng vô hướng đo bằng pascal (Pa):

    $$P=\frac{F_\perp}{A}.$$
    Trong chất lưu đứng yên, áp suất tăng theo độ sâu do trọng lượng của lớp chất lưu phía trên:
    $$P=P_0+\rho g h,$$
    trong đó $P_0$ là áp suất tại bề mặt và $h$ là độ sâu. Áp suất tác dụng đều theo mọi hướng tại một điểm và đẩy vuông góc với bất kỳ bề mặt nào.

    Hai千斤顶 thủy lực đặt cạnh nhau, mỗi chiếc đều có cần bơm hẹp và xi-lanh nâng rộng
    Xi lanh thủy lực: áp suất tác dụng lên piston nhỏ được truyền nguyên vẹn qua chất lưu đến piston lớn, nên một lực nhỏ có thể nâng xe ô tô

    Phân biệt hai loại áp suất mà đề thi AP yêu cầu: áp suất tương đối là áp suất bổ sung do cột chất lỏng tạo thêm, $P_{\text{gauge}}=\rho g h$, trong khi áp suất tuyệt đối là tổng giá trị, $P=P_0+P_{\text{gauge}}$ (với $P_0$ thường là áp suất khí quyển). Thiết bị đo áp suất lốp đọc "$200\ \text{kPa}$" là áp suất tương đối; thực tế không khí bên trong ở mức áp suất tuyệt đối khoảng $300\ \text{kPa}$.

    Trọng lượng của cột chất lỏng tạo ra áp suất phụ tại một độ sâu
    Trọng lượng của cột chất lỏng thiết lập áp suất bổ sung tại độ sâu

    Ví dụ minh họa. Tính tổng áp suất tác dụng lên một thợ lặn $10\ \text{m}$ bên dưới mặt nước ($\rho=1000\ \text{kg/m}^3$, áp suất mặt nước $P_0=1.0\times10^{5}\ \text{Pa}$):

    $$P=P_0+\rho g h=1.0\times10^{5}+1000\times9.8\times10=1.98\times10^{5}\ \text{Pa}.$$
    Mỗi $10\ \text{m}$ nước sẽ tăng thêm khoảng một atm áp suất. Lưu ý rằng áp suất không phụ thuộc vào hình dạng hay độ rộng của bình chứa, mà chỉ phụ thuộc vào độ sâu.

    Máy đo áp suất khí aneroid có mặt đồng hồ tròn
    Máy đo áp suất khí aneroid đo áp suất không khí bằng một hộp kim loại kín có thể biến dạng khi áp suất bên ngoài thay đổi
    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    Pressure/ˈpreʃə/ Áp suất
    scalar/ˈskeɪlə/ vô hướng
    depth/depθ/ chiều sâu
    gauge pressure/ɡeɪdʒ ˈpreʃə/ Áp suất đo được
    absolute pressure/ˈæbsəluːt ˈpreʃə/ Áp suất tuyệt đối
    buoyant force/ˈbɔɪənt fɔːs/ lực đẩy Archimedes
    Archimedes' principle/ˌɑːkɪˈmiːdiːz ˈprɪnsɪpl/ Nguyên lý Archimedes
    Continuity/kɒntɪˈnjuːɪti/ Sự liên tục
    Bernoulli's equation/ˈbɜːnaʊliz ɪˈkweɪʒn/ Phương trình Bernoulli
    8.3

    Fluids and Newton's Laws · ⁨Chất lưu và Định luật Newton⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 8.3.A: Describe the conditions under which a fluid's velocity changes.

    • 8.3.A.1 Newton's laws can be used to describe the motion of particles within a fluid.
    • 8.3.A.2 The macroscopic behavior of a fluid is a result of the internal interactions between the fluid's constituent particles and external forces exerted on the fluid.

    Learning Objective 8.3.B: Describe the buoyant force exerted on an object interacting with a fluid.

    • 8.3.B.1 The buoyant force is a net upward force exerted on an object by a fluid.
    • 8.3.B.2 The buoyant force exerted on an object by a fluid is a result of the collective forces exerted on the object by the particles making up the fluid.
    • 8.3.B.3 The magnitude of the buoyant force exerted on an object by a fluid is equivalent to the weight of the fluid displaced by the object.
      • Equation: $F_b = \rho V g$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 8.3.A: Mô tả các điều kiện để vận tốc của chất lưu thay đổi.

    • 8.3.A.1 Các định luật Newton có thể được sử dụng để mô tả chuyển động của các hạt bên trong chất lưu.
    • 8.3.A.2 Hành vi vĩ mô của chất lưu là kết quả của các tương tác nội bộ giữa các hạt cấu thành chất lưu và các ngoại lực tác dụng lên chất lưu.

    Mục tiêu học tập 8.3.B: Mô tả lực đẩy Archimedes tác dụng lên một vật tương tác với chất lưu.

    • 8.3.B.1 Lực đẩy Archimedes là lực tổng hợp theo phương thẳng đứng hướng lên tác dụng lên một vật bởi chất lưu.
    • 8.3.B.2 Lực đẩy Archimedes tác dụng lên một vật bởi chất lưu là kết quả của các lực tổng hợp tác dụng lên vật bởi các hạt cấu thành chất lưu.
    • 8.3.B.3 Độ lớn của lực đẩy Archimedes tác dụng lên một vật bởi chất lưu bằng trọng lượng của phần chất lưu bị vật chiếm chỗ.
      • Phương trình: $F_b = \rho V g$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English
    Buoyancy: float or sink

    An object in a fluid feels an upward buoyant force 浮力 equal to the weight of the fluid it displaces – Archimedes' principle 阿基米德原理:

    $$F_b=\rho_{\text{fluid}}\,g\,V_{\text{displaced}}.$$
    Combine this with Newton's laws: the object floats when buoyancy balances weight, sinks when weight wins, and rises when buoyancy wins. A floating object displaces exactly its own weight of fluid.

    Worked example. A block of density $600\ \text{kg/m}^3$ floats in water ($1000\ \text{kg/m}^3$). What fraction is under the surface? For floating, the buoyant force equals the weight, so $\rho_{\text{fluid}}\,g\,V_{\text{sub}}=\rho_{\text{object}}\,g\,V$:

    $$\frac{V_{\text{sub}}}{V}=\frac{\rho_{\text{object}}}{\rho_{\text{fluid}}}=\frac{600}{1000}=0.60.$$
    So $60\%$ sits below the water – the same reason most of an iceberg (density $\approx 900$) hides underwater.

    Tiếng Việt
    Lực đẩy Archimedes: nổi hay chìm

    Một vật nhúng trong chất lưu chịu một lực đẩy hướng lên trên có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lưu bị vật đó đẩy ra – Định luật Archimedes:

    $$F_b=\rho_{\text{fluid}}\,g\,V_{\text{displaced}}.$$
    Kết hợp với các định luật Newton: vật nổi khi lực đẩy cân bằng trọng lượng, chìm khi trọng lượng thắng thế, và trồi lên khi lực đẩy thắng thế. Một vật nổi sẽ đẩy ra đúng lượng chất lưu có trọng lượng bằng chính nó.

    Ví dụ minh họa. Một khối vật có mật độ $600\ \text{kg/m}^3$ nổi trong nước ($1000\ \text{kg/m}^3$). Phần nào nằm dưới mặt nước? Đối với vật nổi, lực đẩy bằng trọng lượng, nên $\rho_{\text{fluid}}\,g\,V_{\text{sub}}=\rho_{\text{object}}\,g\,V$:

    $$\frac{V_{\text{sub}}}{V}=\frac{\rho_{\text{object}}}{\rho_{\text{fluid}}}=\frac{600}{1000}=0.60.$$
    Như vậy $60\%$ nằm dưới mặt nước – cũng là lý do tại sao phần lớn tảng băng trôi (mật độ $\approx 900$) ẩn mình dưới nước.

    Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
    English Tiếng Việt
    fluid/ˈfluːɪd/ chất lưu
    8.4

    Fluids and Conservation Laws · ⁨Chất lưu và Các Định luật Bảo toàn⁩

    Syllabus · ⁨Chương trình⁩
    English

    Learning Objective 8.4.A: Describe the flow of an incompressible fluid through a cross-sectional area by using mass conservation.

    • 8.4.A.1 A difference in pressure between two locations causes a fluid to flow.
      • 8.4.A.1.i The rate at which matter enters a fluid-filled tube open at both ends must equal the rate at which matter exits the tube.
      • 8.4.A.1.ii The rate at which matter flows into a location is proportional to the cross-sectional area of the flow and the speed at which the fluid flows.
        • Derived equation: $\dfrac{V}{t} = A v$
    • 8.4.A.2 The continuity equation for fluid flow describes conservation of mass flow rate in incompressible fluids.
      • Equation: $A_1 v_1 = A_2 v_2$
    Tiếng Việt

    Mục tiêu học tập 8.4.A: Mô tả dòng chảy của chất lưu không nén được qua một tiết diện ngang bằng cách sử dụng bảo toàn khối lượng.

    • 8.4.A.1 Sự chênh lệch áp suất giữa hai vị trí gây ra dòng chảy của chất lưu.
      • 8.4.A.1.i Tốc độ vật chất đi vào ống dẫn chứa chất lưu mở ở cả hai đầu phải bằng tốc độ vật chất đi ra khỏi ống.
      • 8.4.A.1.ii Tốc độ vật chất chảy vào một vị trí tỉ lệ thuận với diện tích tiết diện ngang của dòng chảy và tốc độ dòng chảy của chất lưu.
        • Phương trình suy ra: $\dfrac{V}{t} = A v$
    • 8.4.A.2 Phương trình liên tục cho dòng chảy chất lưu mô tả sự bảo toàn tốc độ dòng khối lượng trong chất lưu không nén được.
      • Phương trình: $A_1 v_1 = A_2 v_2$

    Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Nguồn: Mô tả Khóa học và Bài thi College Board AP⁩

    English

    For an ideal fluid flowing steadily, two conservation ideas apply:

    • Continuity 连续性 (conservation of mass): the volume flow rate is constant, so $A_1 v_1 = A_2 v_2$. A narrower pipe forces faster flow.
    • Bernoulli's equation 伯努利方程 (conservation of energy per volume): along a streamline,
      $$P+\tfrac{1}{2}\rho v^2+\rho g y = \text{constant}.$$

    Together they explain why fluid speeds up and its pressure drops where a pipe narrows or where flow is fastest.

    Worked example. Water flows at $2.0\ \text{m/s}$ through a pipe of cross-section $0.010\ \text{m}^2$, then enters a narrower section of $0.0040\ \text{m}^2$. By continuity the speed there is

    $$v_2=\frac{A_1 v_1}{A_2}=\frac{0.010\times2.0}{0.0040}=5.0\ \text{m/s}.$$
    By Bernoulli's equation this faster stream is at lower pressure – the effect that lifts an aeroplane wing and pulls two passing ships together.

    Exam skill. Choose the right law by what changes. If the pipe changes width, start with continuity ($A_1v_1=A_2v_2$) to get the speeds; if you then need a pressure, feed those speeds into Bernoulli. Watch the height term $\rho g y$ only when the pipe also changes level.

    Tiếng Việt

    Đối với chất lưu lý tưởng chảy ổn định, hai nguyên lý bảo toàn sau đây được áp dụng:

    Lực đẩy nổi phát sinh do áp suất tác dụng lên mặt dưới của vật thể lớn hơn áp suất ở mặt trên
    Lực nâng sinh ra vì áp suất ở mặt dưới của vật lớn hơn áp suất ở mặt trên
    • Phương trình liên tục (bảo toàn khối lượng): lưu lượng thể tích không đổi, do đó $A_1 v_1 = A_2 v_2$. Ống hẹp hơn buộc dòng chảy nhanh hơn.
    • Phương trình Bernoulli (bảo toàn năng lượng theo đơn vị thể tích): dọc theo đường streamline,
      $$P+\tfrac{1}{2}\rho v^2+\rho g y = \text{constant}.$$

    Cùng nhau chúng giải thích tại sao tốc độ chất lưu tăng và áp suất giảm nơi ống thu hẹp hoặc nơi dòng chảy nhanh nhất.

    Nơi ống thu hẹp, chất lưu tăng tốc (bảo lưu khối lượng) và áp suất giảm (Bernoulli)
    Nơi ống thu hẹp, chất lưu chảy nhanh hơn (liên tục) và áp suất giảm (Bernoulli)

    Ví dụ minh họa. Nước chảy với tốc độ $2.0\ \text{m/s}$ qua một ống có tiết diện $0.010\ \text{m}^2$, sau đó đi vào một đoạn ống hẹp hơn có tiết diện $0.0040\ \text{m}^2$. Theo phương trình liên tục, tốc độ tại đó là

    $$v_2=\frac{A_1 v_1}{A_2}=\frac{0.010\times2.0}{0.0040}=5.0\ \text{m/s}.$$
    Theo phương trình Bernoulli, dòng chảy nhanh hơn này có áp suất thấp hơn – hiệu ứng này tạo lực nâng cho cánh máy bay và kéo hai con tàu đang đi ngang qua lại gần nhau.

    Kỹ năng làm bài thi. Chọn định luật phù hợp dựa vào đại lượng thay đổi. Nếu ống thay đổi chiều rộng, hãy bắt đầu với phương trình liên tục ($A_1v_1=A_2v_2$) để tìm tốc độ; nếu bạn cần tìm áp suất, hãy đưa các tốc độ đó vào phương trình Bernoulli. Chỉ chú ý đến số hạng chiều cao $\rho g y$ khi ống cũng thay đổi độ cao.

    8.4

    Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

    English
    • Pressure with depth is $P=P_0+\rho g h$ — it depends on depth only, not the container's shape or width.
    • Buoyant force = weight of fluid displaced ($\rho_{\text{fluid}}\,gV_{\text{disp}}$); a floating object displaces its own weight, so the fraction submerged is $\rho_{\text{object}}/\rho_{\text{fluid}}$.
    • Compare densities to predict floating vs sinking; a floating object is in equilibrium (buoyancy = weight), not weightless.
    • Use continuity $A_1v_1=A_2v_2$: a narrower pipe means faster flow.
    • Bernoulli: where a fluid flows faster its pressure is lower (wing lift, spray).
    Tiếng Việt
    • Áp suất theo độ sâu là $P=P_0+\rho g h$ — nó chỉ phụ thuộc vào độ sâu, không phụ thuộc vào hình dạng hay độ rộng của bình chứa.
    • Lực đẩy = trọng lượng chất lưu bị đẩy ra ($\rho_{\text{fluid}}\,gV_{\text{disp}}$); một vật nổi đẩy ra đúng trọng lượng của chính nó, nên tỷ lệ phần submerged là $\rho_{\text{object}}/\rho_{\text{fluid}}$.
    • So sánh mật độ để dự đoán nổi hay chìm; một vật nổi处于 cân bằng (lực đẩy = trọng lượng), không phải mất trọng lượng.
    • Sử dụng phương trình liên tục $A_1v_1=A_2v_2$: ống hẹp hơn nghĩa là dòng chảy nhanh hơn.
    • Bernoulli: nơi chất lưu chảy nhanh hơn thì áp suất thấp hơn (lực nâng cánh, phun sương).

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP