Lý thuyết về ba định luật Newton thuộc chủ đề vật lí lớp 10 Lực và chuyển động. Ba định luật Newton được xây dựng bởi nhà vật lí thiên tài Isaac Newton
I/ Định luật I Newton:
Quán tính là gì?
- Là tính chất vật lí gắn liền với mọi vật chuyển động, nó có xu hướng bảo toàn vận tốc của vật cả về hướng và độ lớn.
Hệ quy chiếu quán tính?
- Là hệ quy chiếu gắn vào vật mốc đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Trong hệ quy chiếu quán tính không có lực quán tính.
Hệ quy chiếu phi quán tính?
- Là hệ quy chiếu gắn vào vật mốc chuyển động có gia tốc, trong chương trình vật lí phổ thông ta chỉ xét hệ quy chiếu phi quán tính gắn vào vật mốc chuyển động có gia tốc không đổi (chuyển động thẳng biến đổi đều). Trong hệ quy chiếu phi quán tính xuất hiện lực quán tính.
Từ định luật I Newton ta rút ra được những vấn đề sau
- Vật chuyển động thẳng đều → không có lực tác dụng vào vật hoặc hợp lực tác dụng vào vật bằng 0 → gia tốc a = 0
- Vật đứng yên → không có lực tác dụng vào vật hoặc hợp lực tác dụng vào vật bằng 0 → gia tốc a = 0
- Một vật có thể chuyển động thẳng đều mà không cần có lực tác dụng vào vật.
II/ Định luật II Newton
Gia tốc của một vật cùng hướng với hợp lực tác dụng. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của hợp lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
Công thức định luật II Newton:
Dạng véc tơ: \[\vec{a}=\dfrac{\vec{F}}{m}\]
Dạng độ lớn: \[a=\dfrac{F}{m}\]
Trong đó:
- \[\vec{F}=\vec{F_{1}}+\vec{F_{2}}+…+\vec{F_{n}}\]: hợp của các lực tác dụng vào vật (N)
- m: khối lượng của vật (kg)
- a: gia tốc của vật (m/s2)
Mức quán tính (định nghĩa khác về khối lượng của một vật)
Dưới tác dụng của cùng một lực F vào hai vật khác nhau => theo định luật II Newton ta có
F = m1a1 = m2a2 => m1 > m2 => a2 > a1 có nghĩa là với cùng một lực tác dụng vật có khối lượng càng lớn thì gia tốc càng nhỏ => khả năng thay đổi vật tốc của vật càng lớn => mức quán tính lớn
Định nghĩa khác: khối lượng là đại lượng vật lí đặc trưng cho mức quán tính của vật, vật có khối lượng càng lớn thì mức quán tính càng lớn và ngược lại.
Từ nội dung của định luật II Newton ta rút ra được các kết luận sau
- Lực là nguyên nhân gây ra gia tốc → nguyên nhân làm vật chuyển động
- Muốn thay đổi vận tốc của vật → phải tác dụng lực vào vật
- Hướng chuyển động của vật phụ thuộc vào độ lớn và hướng của lực tác dụng
- Với cùng một lực tác dụng, khối lượng của vật sẽ tỉ lệ nghịch với khả năng thay đổi vận tốc của vật
III/ Định luật III Newton
Khi vật A tác dụng lên vật 1 một lực thì đồng thời vật 1 cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối, cùng phương, cùng độ lớn nhưng ngược chiều.
Công thức định luật III Newton
\[\vec{F_{12}}= -\vec{F_{21}}\]
- \[\vec{F_{12}}\]: là lực do vật 1 tác dụng lên vật 2 điểm đặt lực tại 2
- \[\vec{F_{21}}\]: là lực do vật 2 tác dụng lên vật 1 điểm đặt lực tại 1
- \[{{F}_{12}}={{m}_{1}}{{a}_{1}}={{m}_{1}}(\dfrac{\vec{v}_{1}^{/}-{{{\vec{v}}}_{1}}}{t})\]
- \[{{F}_{21}}={{m}_{2}}{{a}_{2}}={{m}_{2}}(\dfrac{\vec{v}_{2}^{/}-{{{\vec{v}}}_{2}}}{t})\]
Phân biệt giữa hai lực cân bằng và hai lực trực đối
Khái niệm lực và phản lực
Đặc điểm của lực tác dụng dụng và phản lực
- Lực và phản lực xuất hiện và mất đi đồng thời
- Lực và phản lực là hai lực trực đối
Bài tập ví dụ về ba định luật Newton
Bài 1. Hai quả cầu chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, quả cầu 1 chuyển động với vận tốc 4m/s đến va chạm vào quả cầu thứ hai đang đứng yên. Sau va chạm cả hai quả cầu chuyển động theo hướng cũ của quả cầu 1 với cùng vận tốc 2m/s. Tìm tỉ số khối lượng m1/m2
Hướng dẫn giải Bài tập ba định luật Newton
v1 = 4m/s; v’1 = 2m/s; v2 = 0; v’2 = 2m/s
Gọi t là thời gian tương tác giữa 2 quả cầu, chọn chiều dương là chiều chuyển động của quả cầu 1
áp dụng định luật III Newton ta có
m1a1 = –m2a2 = > m1(v’1 – v1)/t = –m2(v’2 – v2)/t = > m1/m2 = 1
Bài 2. Quả bóng khối lượng 200 bay với vận tốc 90km/h đến đập vuông góc vào một bức tường rồi bật trở lại theo phương cũ với vận tốc 54km/h. Thời gian va chạm là 0,05s. Tính lực tường tác dụng lên bóng.
Hướng dẫn giải Bài tập ba định luật Newton