Top 12 # Ý Nghĩa Của Định Luật 3 Newton Xem Nhiều Nhất, Mới Nhất 5/2023 # Top Trend

Featured image: Sir Gottfried Kneller

Isaac Newton (1642-1727) là một nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học, nhà toán học, nhà thần học và nhà giả kim người Anh.

Ba định luật về cơ học của Newton có thể phát biểu như sau:

Định luật 1: Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng không, thì vật đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thằng đều.Định luật 2: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỷ lệ thuận với độ lớn của lực và tỷ lệ nghịch với khối lượng của vật:

Định luật 3: Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này khác điểm đặt, cùng giá, ngược chiều và cùng độ lớn.

Những phát biểu về ba định luật này được trích trong SGK Vật lý lớp 10 chương trình nâng cao, các phát biểu khác về ba định luật của Newton cũng có nội dung tương tự.

Định luật 1

Hãy hình dung vật rắn mà phát biểu này nói đến chính là cuộc đời của chúng ta, đối với một số người, cuộc đời họ gần như đứng yên, đối với một số người khác, cuộc đời họ cứ mãi chuyển động thẳng đều, giống như một cuộc sống nhàm chán cứ diễn ra hàng ngày. Điều mà chúng ta có thể nhận ra từ định luật đó là, nếu bạn muốn thay đổi, nếu bạn muốn thoát khỏi con đường lặp đi lặp lại mỗi ngày, nếu bạn muốn thoát khỏi cái “vũng bùn” giữ chân mình tại chỗ, bạn cần một thứ gì đó gọi là “lực tác động”.

Định luật 2

Nối tiếp theo những gì được nhận ra ở định luật 1, khi mà cái chúng ta đã có là động lực, là F, là những gì thôi thúc chúng ta, bắt buộc chúng ta phải hành động.

m ở đây đại diện cho sức ì, cho sự trì hoãn, sự lười biếng của chúng ta trong việc làm những hành động đó; a là gia tốc, đặc trưng cho sự thay đổi, là những kết quả mà chúng ta đạt được.

Một nguyên tắc đơn giản đó là với một động lực, với một lực F không đổi: Nếu bạn càng trì hoãn, càng lười biếng, cố tìm ra lý do để thực hiện những hành động càng ít càng tốt, sự thay đổi của chúng ta sẽ tỷ lệ nghịch với sự trì hoãn đó, những kết quả đạt được sẽ rất ít, hầu như chẳng có gì thay đổi, và hệ quả là gì, chúng ta sẽ lại chán nản, m lại càng tăng và a lại càng giảm.

Nhìn theo cách ngược lại có thể sẽ dễ hiểu hơn, hành động càng nhiều, kết quả càng lớn; một điều thú vị là dù chỉ với một lực F rất nhỏ nhưng nếu m nhỏ tới mức dần tiến tới 0 thì sự thay đổi sẽ là vô cùng lớn mà chúng ta không thể nào biết được.

Định luật 3

Phát biểu thứ 3 có vẻ khá dễ hiểu, nó đơn giản chỉ là quy luật hai chiều của cuộc sống. Nếu bạn tác động tích cực hay tiêu cực đối với một sự vật sự việc gì đó, cuối cùng cũng sẽ có một tác động tích cực hay tiêu cực tương ứng tác động vào bạn. Nếu bạn không chịu lắng nghe một người, đừng bao giờ mong người đó sẽ lắng nghe mình. Trong khi đang tìm kiếm về đề tài này trên mạng, tôi vô tình tìm thấy một nhận xét rất hay của một người nước ngoài có nickname RainersHQ trên trang web Wattpad, tôi xin để lại nguyên văn tiếng Anh như sau:

“…I’ve considered Newton’s third law for many years in regards to philosophy and humanitarian work. The word I seem to have difficulty with understanding is “opposite”. For example, according to the law, if someone were to do something viewed as “good” such as building a water well in Africa, providing clean water for a community of 300 people, the “opposite” action would be that 300 people somewhere else would not have clean water; or, perhaps when something “good” is done that the universe must balance itself with something “bad”. I am not proposing that people should do more bad so that we might have more good, but perhaps that both good and bad are merely illusions…”

Đoạn văn trên có thể được dịch đại khái là định luật thứ ba muốn nêu lên ý nghĩa của từ “trái ngược”, nghĩa là nếu như bạn làm một việc gì đó tốt như xây một đài phun nước ở châu Phi có thể cung cấp nước sạch cho một cộng đồng khoảng 300 người, thì hành động “trái ngược” có thể là ở nơi nào đó trên Trái Đất, 300 người khác sẽ không có nước sạch để dùng. Hoặc có thể hiểu theo một cách khác là khi một việc tốt được thực hiện, vũ trụ sẽ tự cân bằng nó bằng một việc gì đó không tốt, và tác giả còn muốn nói lên rằng liệu ranh giới giữa việc tốt và việc xấu có thật sự tồn tại?

Lời nhận xét đó chỉ là một ý kiến cá nhân, nhưng vẫn có nhiều thứ đáng để chúng ta suy ngẫm, đó là về sự cân bằng của cuộc sống, tìm ra được ý nghĩa của sự cân bằng đó có thể cần rất nhiều thời gian. Vì vậy việc của chúng ta có lẽ nên bắt đầu bằng định luật 1 và định luật 2, khi mà tự chính bản thân chúng ta cân bằng, chúng ta mới có hy vọng thu hẹp được những khoảng cách mà sự cân bằng của vũ trụ tạo ra.

Science and philosophy may be just the same, they are the way people think about everything around them. While philosophers try to give their opinions “subjectively”, scientists always find the most reasonable answer for everything.

Anonymous

Có 1 câu chuyện về trái táo rơi trúng đầu. Một câu chuyện tưởng chừng bình thường nhưng lại làm nên 1 thiên tài!

Isaac Newton là nhà thiên tài – người có ảnh hưởng rất to lớn đến lịch sử nhân loại. 3 định luật Newton của ông: Định luật I Newton, đ ịnh luật II Newton, đ ịnh luật III Newton được công nhận và được ứng dụng rộng rãi.

Sinh ngày: 4 tháng 1 năm 1643 [Lịch cũ: 25 tháng 12 năm 1642] tại Lincolnshire, Anh

Mất ngày: 31 tháng 3 năm 1727 (84 tuổi) [Lịch cũ: 20 tháng 3, 1726 (83 tuổi)] tại Kensington, Luân Đôn, Anh

Quốc tịch: Anh

Học vấn: Tiến sĩ

Công trình: Cơ học Newton, vạn vật hấp dẫn, vi phân, quang học, định lý nhị thức.

Chuyên ngành: Tôn giáo, vật lý, toán học, thiên văn học, triết học, giả kim thuật.

Nơi công tác: Đại học Cambridge Hội Hoàng gia

Người hướng dẫn luận án tiến sĩ: Isaac Barrow, Benjamin Pulleyn

Các nghiên cứu sinh nổi tiếng: Roger Cotes, William Whiston

Phát biểu định luật 1 Newton

Đinh luật 1 Newton hay định luật quán tính được phát biểu như sau:

Một vật thể sẽ giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều nếu như không có một lực nào tác dụng lên nó hoặc nếu như tổng các lực tác dụng lên nó bằng không.

Phát biểu khác:

Trong mọi vũ trụ hữu hình, chuyển động của một chất điểm trong một hệ quy chiếu cho trước Φ sẽ được quyết định bởi tác động của các lực luôn triệt tiêu nhau khi và chỉ khi vân tốc của chất điểm đó bất biến trong Φ. Nói cách khác, một chất điểm luôn ở trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu Φ trừ khi có một ngoại lực khác 0 tác động lên chất điểm đó.

Biểu thức định luật 1 Newton

Định luật Newton 1 chỉ ra rằng lực không phải là nguyên nhân cơ bản gây ra chuyển động của các vật. Hay đúng hơn là nguyên nhân gây ra sự thay đổi trạng thái chuyển động (thay đổi vận tốc/động lượng của vật).

Đang ngồi trên xe chuyển động thẳng đều. Xe rẽ sang trái: tất cả các hành khách đều nghiêng sang phải theo hướng chuyển động cũ.

Đang ngồi trên xe chuyển động thẳng đều. Xe đột ngột hãm phanh: tất cả các hành khách trên xe đều bị chúi về phía trước…

Phát biểu định luật 2 Newton

Sự biến thiên động lượng của một vật thể tỉ lệ thuận với xung lực tác dụng lên nó, và véc tơ biến thiên động lượng này sẽ cùng hướng với véc tơ xung lực gây ra nó. Hay gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Biểu thức định luật 2 Newton

Véc tơ F – là tổng ngoại lực tác dụng lên vật (đơn vị N)

Véc tơ a – là gia tốc (đơn vị m/s²)

m – là khối lượng vật (đơn vị kg)

Trong trường hợp vật chịu cùng lúc nhiều lực tác dụng F1, chúng tôi thì F là hợp lực của các lực:

Công thức định luật Newton thứ 2 phổ biến: F = m.a , với F là ngoại lực tác dụng lên vật (N), m là khối lượng của vật (kg), a là gia tốc của vật (m/s²)

Khối lượng và mức quán tính

Định nghĩa: Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

Tính chất của khối lượng:

Khối lượng là một đại lượng vô hướng, dương và không đổi đối với mỗi vật.

Khối lượng có tính chất cộng.

Trọng lực và trọng lượng

Trọng lực: là lực của Trái Đất tác dụng vào vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do. Trọng lực được kí hiệu là véc tơ P. Ở gần trái đất trọng lực có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống. Điểm đặt của trọng lực tác dụng lên vật gọi là trọng tâm của vật.

Độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật gọi là trọng lượng của vật, kí hiệu là P. Trọng lượng của vật được đo bằng lực kế. Công thức tính trọng lượng:

Khi một vật tác dụng lên vật khác một lực thì vật đó cũng bị vật kia tác dụng ngược trở lại một lực. Ta nói giữa 2 vật có sự tương tác.

Phát biểu định luật 3 Newton

Định luật Newton thứ 3 được phát biểu như sau:

Đối với mỗi lực tác động bao giờ cũng có một phản lực cùng độ lớn, nói cách khác, các lực tương tác giữa hai vật bao giờ cũng là những cặp lực cùng độ lớn, cùng phương, ngược chiều và khác điểm đặt.

Biểu thức định luật 3 Newton

Một trong hai lực tương tác giữa hai vật gọi là lực tác dụng còn lực kia gọi là phản lực.

Đặc điểm của lực và phản lực :

Lực và phản lực luôn luôn xuất hiện (hoặc mất đi) đồng thời.

Lực và phản lực có cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều. Hai lực có đặc điểm như vậy gọi là hai lực trực đối.

Lực và phản lực không cân bằng nhau vì chúng đặt vào hai vật khác nhau.

Định luật Newton thứ 3 chỉ ra rằng lực không xuất hiện riêng lẻ mà xuất hiện theo từng cặp động lực-phản lực. Nói cách khác, lực chỉ xuất hiện khi có sự tương tác qua lại giữa hai hay nhiều vật với nhau. Cặp lực này, định luật 3 nói rõ thêm, là cặp lực trực đối. Chúng có cùng độ lớn nhưng ngược chiều vật A và B.

Hơn nữa, trong tương tác: A làm thay đổi động lượng của B bao nhiêu thì động lượng của A cũng bị thay đổi bấy nhiêu theo chiều ngược lại.

Các dạng bài tập về định luật Newton

Áp dụng 3 định luật Niu-tơn

Bài 1. Một ô tô có khối lượng 1 tấn đang chuyển động với v = 54 km/h thì hãm phanh. Chuyển động chậm dần đều. Biết lực hãm 3000N. a) Xác định quãng đường xe đi được cho đến khi dừng lại. b) Xác định thời gian chuyển động cho đến khi dừng lại.

Hướng dẫn giải: Chọn chiều + là chiều chuyển động, gốc thời gian lúc bắt đầu hãm phanh.

Hướng dẫn giải:

Bài tập tự luyện về định luật Newton

Bài 1: Cho viên bi A chuyển động tới va chạm vào bi B đang đứng yên, v A = 20m/s. Sau va chạm bi A tiếp tục chuyển động theo phương cũ với v = 10m/s. Thời gian xảy ra va chạm là 0,4s. Tính gia tốc của 2 viên bi, biết m A = 200g, m B = 100g.

Bài 2 : Một vật đang đứng yên, được truyền 1 lực F thì sau 5s vật này tăng v = 2m/s. Nếu giữ nguyên hướng của lực mà tăng gấp 2 lần độ lớn lực F vào vật thì sau 8s. Vận tốc của vật là bao nhiêu?

Bài 3: Lực F 1 tác dụng lên viên bi trong khoảng Δ t = 0,5s làm thay đổi vận tốc của viên bi từ 0 đến 5 cm/s. Tiếp theo tác dụng lực F 2 = 2.F 1 lên viên bi trong khoảng Δ t =1,5s thì vận tốc tại thời điểm cuối của viên bi là? ( biết lực tác dụng cùng phương chuyển động).

Bài 4: Một ô tô có khối lượng 500 kg đang chuyển động thẳng đều thì hãm phanh chuyển động chậm dần đều trong 2s cuối cùng đi được 1,8 m. Hỏi lực hãm phanh tác dung lên ô tô có độ lớn là bao nhiêu?

Chúng tôi luôn sẵn sàng đem lại những giá trị tốt đẹp cho cộng đồng!

Số lượt đọc bài viết: 8.061

1 Nội dung và công thức định luật 1 Newton

1.1 Nội dung của định luật 1 Newton

1.2 Công thức của định luật 1 Newton

2 Nội dung và công thức định luật 2 Newton

2.1 Nội dung và công thức định luật 2 Newton

2.2 Bài tập ví dụ về định luật 2 Newton

3 Ý nghĩa định luật 1 và 2 Newton

3.1 Ý nghĩa định luật 1 niu tơn

3.2 Ý nghĩa định luật 2 niu tơn

Nội dung và công thức định luật 1 Newton

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton đã quá quen thuộc và có ý nghĩa to lớn trong cuộc sống. Tuy nhiên, bên cạnh đó chúng ta cũng không thể bỏ qua định luật 1 và 2 Newton. Vậy định luật 1 có nội dung và công thức thế nào?

Định luật 1 Newton nói về sự chuyển động của vật hay còn được gọi là định luật quán tính. Nội dung của định luật được phát biểu như sau: Nếu một vật không chịu tác dụng của bất cứ lực nào hoặc chịu tác dụng của nhiều lực nhưng hợp lực của các lực này bằng không thì nó giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều.

Có thể hiểu, nếu một vật không chịu tác dụng bởi lực nào hoặc chịu lực tác dụng có hợp lực bằng 0 thì nếu vật đó đang đứng yên sẽ đứng yên mãi mãi, còn nếu vật đó đang chuyển động thì sẽ chuyển động thẳng đều mãi mãi. Trạng thái ở trong trường hợp này được đặc trưng bởi vận tốc của chuyển động.

Định luật 1 của Newton hay còn được biết đến với tên gọi khác là định luật quán tính. Từ nội dung của định luật, ta có thể suy ra công thức của nó.

Vectơ vận tốc của một vật tự do là: (overrightarrow{v} = 0) (không đổi)

Do đó, vectơ gia tốc của một vật chuyển động tự do là: (overrightarrow{a} = frac{doverrightarrow{v}}{doverrightarrow{t}}=overrightarrow{0})

Nội dung và công thức định luật 2 Newton

Bên cạnh định luật 1, chúng ta cũng không thể bỏ qua định luật 2 Newton. Nhiều người thường thắc mắc, định luật 2 Newton của ai? Định luật 2 do Newton phát hiện ra và được chia thành định luật 2 trong thuyết cơ học cổ điển và định luật 2 trong vật lý thông thường.

Định luật 2 Newton được phát biểu như sau Gia tốc của một vật sẽ cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc luôn tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật đó

Từ phát biểu này, ta có công thức : (overrightarrow{a} = frac{overrightarrow{Fhl}}{m})

m là khối lượng của vật

(overrightarrow{a}) là gia tốc của vật và đo bằng đơn vị (m/s^{2})

Đây là công thức định luật 2 niu tơn lớp 10 đã được học. Tuy nhiên, với định luật này, ta còn có thể hiểu như sau:

(overrightarrow{F} = frac{doverrightarrow{p}}{dt}) với F là tổng ngoại lực tác dụng lên vật, (overrightarrow{p}) là động lượng của vật, đơn vị đo là kgm/s và t là thời gian, được đo bằng s.

Cách hiểu này đã đưa ra định nghĩa cho lực. Có thể hiểu, lực là sự thay đổi của động lực theo thời gian. Và lực của vật sẽ tỉ lệ thuận với động lực. Nếu động lực của vật biến đổi càng nhanh thì ngoại lực tác dụng lên vật sẽ càng lớn và ngược lại.

Ví dụ: một chiếc xe có khối lượng là m. Chiếc xe này đang chuyển động trên con người nằm ngang với vận tốc là v = 30km/h. Đang chuyển động thì chiếc xe bị tắt máy đột ngột. Tính thời gian chiếc xe bị dừng lại dưới tác dụng của lực ma sát giữa xe và mặt đường. Biết hệ số ma sát của xe với mặt đường là (mu =0,13) và gia tốc (g=9,81m/s^{2}).

Trước tiên ta cần đổi 30km/h = 8,33m/s.

Khi xe bị tắt máy đột ngột, lực tác dụng lên xe là lực ma sát. Áp dụng định luật 2 Newton ta có: (F_{ms}= m.a = mu P)

Vậy (a = frac{mu P}{g}= frac{mgmu}{m} = mu .g)

Có phương trình vận tốc: (v = v_{o}-at)

Chiếc xe bị dừng lại đột ngột, suy ra lực ma sát tác dụng lên chiếc xe sẽ có giá trị âm, vecto F ngược chiều chuyển động. Khi chiếc xe dừng lại, ta có v = 0, lúc đó t = T.

Suy ra: (0 = v_{o}-aT) nên: (v_{o}=aT)

Thay số, ta có thể dễ dàng tính được giá trị T.

Ý nghĩa định luật 1 và 2 Newton

Định luật 1 Newton nói lên tính chất quán tính của một vật. Đó là tính chất bảo toàn trạng thái khi chuyển động. Định luật này được áp dụng khá nhiều trong thực tế. Chẳng hạn như khi bạn đang ngồi trên một xe ôtô. Khi chiếc xe bắt đầu chạy, bạn và những hành khách theo quán tính sẽ bị ngã về phía sau. Ngược lại, khi xe đột ngột dừng lại thì mọi người lại bị chúi về phía trước. Tương tự như khi xe quành sang phải hay sang trái.

Giải thích hiện tượng này, định luật 1 Newton chỉ ra đó là do bạn và những người khác đều có quán tính do đó mọi người vẫn sẽ giữ nguyên trạng thái chuyển động cũ.

Chẳng hạn như đối với xe đua, các nhà sản xuất sẽ tính toán cách làm giảm khối lượng để xe có thể tăng tốc nhanh hơn.

Please follow and like us:

§4 PHÂN TÍCH CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON CỦA CHUYỂN ĐỘNG

GV: Hãy phát biểu định luật I Newton của chuyển động.

HS: Một vật vẫn đứng yên hoặc ở trạng thái chuyển động thẳng đều cho đến khi tác dụng của những vật khác buộc nó thay đổi trạng thái đó.

GV: Định luật này có giá trị trong mọi hệ quy chiếu hay không?

HS: Em không hiểu câu hỏi của thầy.

GV: Nếu em nói một vật là đứng yên, em muốn nói nó đứng yên so với một vật nào đó, trong trường hợp đã cho, đóng vai trò là hệ quy chiếu. Thật là vô nghĩa nếu nói một vật là đứng yên hoặc chắc chắn chuyển động mà không chỉ rõ hệ quy chiếu. Bản chất của chuyển động của một vật phụ thuộc vào sự chọn lựa hệ quy chiếu. Chẳng hạn, một vật đang nằm trên sàn của một toa xe đang chạy trên ray là đứng yên so với hệ quy chiếu gắn với xe, nhưng lại chuyển động đối với hệ quy chiếu gắn với đường ray. Giờ ta có thể trở lại câu hỏi của tôi. Định luật I Newton có giá trị cho mọi hệ quy chiếu hay không?

HS: Vâng, có lẽ vậy.

GV: Tôi thấy câu hỏi này khiến em mơ hồ rồi. Các thí nghiệm cho thấy định luật I Newton không có giá trị cho mọi hệ quy chiếu. Xét ví dụ vật nằm trên sàn của một toa xe đang chạy trên ray. Chúng ta sẽ bỏ qua sự ma sát giữa vật và mặt sàn. Trước tiên ta sẽ xử lí vị trí của vật theo một hệ quy chiếu gắn liền với xe. Ta có thể quan sát thấy cái sau đây: vật nằm yên trên sàn và, hết sức bất ngờ, nó bắt đầu trượt trên sàn mặc dù không có bất kì loại tác dụng nào hiển hiện cả. Ở đây ta có một sự vi phạm rõ ràng của định luật I Newton của chuyển động. Lời giải thích thông thường của hiệu ứng này là toa xe, cái đang chuyển động theo đường thẳng và với vận tốc đều, bắt đầu giảm tốc, vì đoàn tàu bị phanh, và vật đó, do không có ma sát, tiếp tục duy trì trạng thái chuyển động thẳng đều của nó so với đường ray. Từ đây ta có thể kết luận rằng định luật I Newton đúng trong một hệ quy chiếu gắn với đường ray, nhưng không đúng trong một hệ quy chiếu gắn với một toa xe đang giảm tốc.

Các hệ quy chiếu để cho định luật I Newton có giá trị được nói là quán tính; còn những hệ quy chiếu trong đó định luật I Newton không đúng được nói là phi quán tính. Đối với đa số hiện tượng thường gặp, ta có thể giả sử mọi hệ quy chiếu là quán tính nếu nó gắn liền với mặt đất, hoặc gắn liền với bất kì vật thể nào khác nằm yên so với mặt đất hoặc đang chuyển động thẳng đều. Các hệ quy chiếu phi quán tính là những hệ chuyển động có gia tốc, chẳng hạn những hệ đang quay, thang máy đang tăng tốc hoặc giảm tốc, vân vân. Lưu ý rằng không những định luật I Newton của chuyển động không đúng đối với những hệ quy chiếu phi quán tính, mà định luật II Newton cũng vậy (vì định luật I là một trường hợp đặc biệt của định luật II).

HS: Nhưng nếu không thể sử dụng các định luật Newton cho những hệ quy chiếu đang chuyển động có gia tốc, thì làm thế nào chúng ta có thể xử lí những bài toán cơ trong những hệ như vậy?

GV: Tuy vậy, các định luật Newton của chuyển động có thể dùng trong những hệ quy chiếu phi quán tính. Tuy nhiên, để làm như vậy, sẽ cần áp dụng một lực nữa, trên danh nghĩa thuần túy, lên vật. Lực này, gọi là lực quán tính, bằng tích khối lượng của vật và gia tốc của hệ quy chiếu, và chiều của nó ngược chiều với gia tốc của vật. Tôi nhấn mạnh rằng không có lực nào như vậy thật sự tồn tại hết mà nó chỉ được đưa vào trên danh nghĩa để các định luật Newton của chuyển động sẽ vẫn đúng trong một hệ quy chiếu phi quán tính.

Tuy nhiên, tôi khuyên em nên chỉ sử dụng hệ quy chiếu quán tính trong khi giải toán. Khi đó, tất cả những lực mà em xử lí sẽ thật sự là những lực có tồn tại.

HS: Nhưng nếu chúng ta tự hạn chế mình với những hệ quy chiếu quán tính, thì ta không thể phân tích, chẳng hạn, bài toán về một vật nằm trên một cái đĩa đang quay.

GV: Tại sao lại không thể chứ? Việc chọn hệ quy chiếu là tùy ý em. Nếu trong một bài toán như vậy, em sử dụng một hệ quy chiếu gắn với cái đĩa (tức là một hệ phi quán tính), thì vật được xem là đứng yên. Nhưng nếu hệ quy chiếu của em gắn với mặt đất (tức là một hệ quy chiếu quán tính), thì vật được xử lí là đang chuyển động tròn. Tôi khuyên em nên chọn một hệ quy chiếu quán tính.

Và bây giờ hãy phát biểu định luật II Newton của chuyển động.

HS: Định luật này có thể viết là F = ma, trong đó F là lực tác dụng lên vật, m là khối lượng của nó và a là gia tốc.

GV: Câu trả lời súc tích của em là rất tiêu biểu. Tôi sẽ đưa ra ba nhận xét về câu phát biểu của em; hai nhận xét không quan trọng cho lắm và một nhận xét là thiết yếu. Trước tiên, không phải lực là do gia tốc gây ra mà, trái lại, gia tốc là kết quả của lực tác dụng. Do đó, sẽ hợp lí hơn nếu viết phương trình của định luật II là

trong đó B là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào sự chọn lựa đơn vị đo của các đại lượng trong phương trình (10). Lưu ý rằng phần trả lời của em không có nhắc tới hệ số tỉ lệ B.

Thứ hai, một vật được gia tốc bởi tất cả các lực tác dụng lên nó (mặc dù một số lực có thể cân bằng nhau). Do đó, trong phát biểu định luật em không nên dùng từ “lực”, mà nên dùng từ “hợp lực”.

Nhận xét thứ ba của tôi là cái quan trọng nhất. Định luật II Newton xác lập mối liên hệ giữa lực và gia tốc. Nhưng lực và gia tốc là những đại lượng vec-tơ, được đặc trưng không những bởi giá trị số (độ lớn) của chúng mà còn bởi hướng của chúng nữa. Phát biểu định luật của em không nêu rõ được những hướng đó. Đây là một thiếu sót cơ bản. Phát biểu của em đã bỏ sót một phần thiết yếu của định luật II Newton của chuyển động. Phát biểu đúng là như sau: gia tốc của một vật tỉ lệ thuận với hợp lực của tất cả các lực tác dụng lên vật, tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật và cùng chiều với hợp lực. Phát biểu này có thể biểu diễn giải tích bởi công thức

(trong đó mũi tên phía trên đầu kí tự là kí hiệu cho vec-tơ).

HS: Khi ở bài 2 chúng ta nói về các lực tác dụng lên một vật bị ném lên xiên một góc so với phương ngang, thầy có nói sau này thầy sẽ giảng rõ hướng chuyển động của một vật không nhất thiết trùng với hướng của lực tác dụng lên nó. Khi đó thầy có nhắc tới định luật II Newton.

Suy ra vec-tơ gia tốc hướng cùng chiều với vec-tơ , đại lượng thể hiện sự biến thiên vận tốc trong khoảng thời gian đủ ngắn. Cái rõ ràng từ Hình 18 là các vec-tơ vận tốc và vec-tơ biến thiên vận tốc có thể hướng theo những chiều hoàn toàn khác nhau. Điều này có nghĩa là, trong trường hợp tổng quát, vec-tơ vận tốc và vec-tơ gia tốc cũng có chiều khác nhau. Rõ chưa nhỉ?

HS: Vâng, giờ thì em hiểu rồi. Ví dụ, khi một vật chuyển động theo một vòng tròn, vận tốc của vật hướng tiếp tuyến với vòng tròn đó, nhưng gia tốc của nó thì hướng theo bán kính về phía tâm quay (em muốn nói tới gia tốc hướng tâm).

GV: Ví dụ của em khá hợp lí. Giờ ta hãy trở lại mối liên hệ (11) và làm sáng tỏ rằng chính gia tốc chứ không phải vận tốc mới hướng theo chiều của lực tác dụng, và một lần nữa chính gia tốc chứ không phải vận tốc mới có liên hệ với độ lớn của lực này. Mặt khác, bản chất của chuyển động của một vật tại một thời điểm cho trước bất kì được xác định bởi chiều và độ lớn của vận tốc của nó tại thời điểm đã cho (vec-tơ vận tốc luôn luôn tiếp tuyến với đường đi của vật). Vì gia tốc và vận tốc là những vec-tơ khác nhau, nên chiều của lực tác dụng và chiều chuyển động của vật có thể không trùng nhau trong trường hợp tổng quát. Như vậy, bản chất của chuyển động của một vật tại một thời điểm cho trước không chỉ được xác định bởi những lực tác dụng lên vật tại thời điểm đã cho đó.

HS: Điều này đúng trong trường hợp tổng quát. Nhưng, tất nhiên, chiều của lực tác dụng và của vận tốc có thể trùng nhau.

GV: Chắc chắn, điều đó là có thể. Hãy nâng một vật lên và buông nhẹ nó ra, sao cho không truyền cho nó một vận tốc ban đầu nào. Ở đây chiều chuyển động sẽ trùng với chiều của trọng lực. Tuy nhiên, nếu em truyền một vận tốc ban đầu nằm ngang cho vật thì chiều chuyển động của nó sẽ không trùng với chiều của trọng lực; vật sẽ đi theo một đường parabol. Mặc dù trong cả hai trường hợp vật chuyển động do tác dụng của cùng một lực – trọng lực của nó – nhưng bản chất của chuyển động của nó khác nhau. Một nhà vật lí sẽ nói rằng sự khác biệt này là do các điều kiện ban đầu khác nhau: lúc bắt đầu chuyển động vật không có vận tốc trong trường hợp thứ nhất và có một vận tốc hướng ngang nhất định trong trường hợp thứ hai. Minh họa trong Hình 19 là quỹ đạo của những vật được ném lên với vận tốc ban đầu có chiều khác nhau, nhưng trong tất cả các trường hợp có cùng một lực, trọng lực của vật, tác dụng lên nó.

HS: Điều đó có nghĩa là bản chất của chuyển động của một vật tại một thời điểm cho trước không những phụ thuộc vào các lực tác dụng lên vật tại thời điểm này, mà còn phụ thuộc vào các điều kiện ban đầu phải không thầy?

GV: Chính xác. Cần nhấn mạnh rằng các điều kiện ban đầu phản ánh sự khởi đầu của vật. Chúng là kết quả của các lực đã tồn tại trước đó. Những lực này không còn tồn tại nữa, nhưng kết quả của sự tồn tại của chúng vẫn biểu hiện. Từ quan điểm triết học, điều này chứng minh mối liên hệ của quá khứ với hiện tại, tức là nguyên lí nhân quả. Lưu ý rằng nếu công thức của định luật II Newton chứa vận tốc thay vì gia tốc, thì mối liên hệ này của quá khứ và hiện tại sẽ không hiển hiện. Trong trường hợp này, vận tốc của một vật tại một thời điểm cho trước (tức là bản chất của chuyển động của nó tại một thời điểm cho trước) sẽ hoàn toàn được xác định bởi những lực tác dụng lên vật đúng tại thời điểm này; quá khứ sẽ không có ảnh hưởng lên bất cứ cái gì ở hiện tại.

Tôi muốn trích dẫn một ví dụ nữa minh họa cho điều vừa nói. Nó được trình bày trong Hình 20: một quả cầu treo dưới một sợi dây chịu tác dụng của hai lực, trọng lực và lực căng của sợi dây. Nếu nó bị kéo lệch sang một bên của vị trí cân bằng rồi buông ra, nó sẽ bắt đầu dao động. Tuy nhiên, nếu truyền cho quả cầu một vận tốc nhất định theo chiều vuông góc với mặt phẳng lệch, thì quả cầu sẽ bắt đầu chuyển động theo một vòng tròn với vận tốc đều. Như các em có thể thấy, tùy vào các điều kiện ban đầu, quả cầu hoặc là dao động trong một mặt phẳng (Hình 20 a), hoặc là chuyển động với vận tốc đều theo một vòng tròn (Hình 20 b). Chỉ có hai lực tác dụng lên nó trong mỗi trường hợp: trọng lực của nó và lực căng của sợi dây.

HS: Em chưa từng xét các định luật Newton từ quan điểm này.

GV: Chẳng có gì ngạc nhiên khi mà một số học sinh, lúc cố gắng xác định các lực tác dụng lên một vật, xây dựng lập luận của mình dựa trên bản chất của chuyển động mà trước tiên không tìm xem những vật nào có tương tác với vật đã cho. Các em có thể nhớ lại cái các em đã làm giống như vậy. Đó chính là nguyên nhân, khi vẽ Hình 8 c và 8 d, các em thấy tập hợp lực tác dụng lên vật trong những trường hợp đó sẽ khác nhau. Thật ra, trong cả hai trường hợp đó, có hai lực tác dụng lên vật: trọng lực của nó và lực căng của sợi dây.

HS: Giờ thì em hiểu tập hợp những lực giống nhau có thể gây ra những chuyển động có bản chất khác nhau và do đó số liệu về bản chất của chuyển động của một vật không thể xem là một điểm xuất phát trong việc xác định các lực tác dụng lên vật đó.

GV: Em đã phát biểu vấn đề rất chính xác. Tuy nhiên, không cần tiến xa như vậy đâu. Mặc dù những loại chuyển động khác nhau có thể được gây ra bởi cùng một tập hợp lực (như trong Hình 20), nhưng liên hệ số học của những lực đang tác dụng đó khác nhau cho những loại chuyển động khác nhau. Điều này có nghĩa là sẽ có một hợp lực tác dụng khác nhau cho mỗi chuyển động. Như vậy, chẳng hạn, trong chuyển động đều của một vật theo một vòng tròn, hợp lực sẽ là lực hướng tâm; trong dao động trong một mặt phẳng thì hợp lực sẽ là lực hồi phục. Từ đây ta suy ra rằng mặc dù số liệu về loại chuyển động của một vật không thể giữ vai trò là cơ sở cho việc xác định các lực tác dụng, nhưng chúng không hẳn là vô ích.

Trong phần liên hệ này, chúng ta hãy trở lại với ví dụ trong Hình 20. Giả sử góc giữa phương của sợi dây và phương thẳng đứng là đã biết và trọng lượng P của vật cũng vậy. Hãy tìm lực căng T ở sợi dây khi (1) vật dao động đang ở vị trí biên của nó, và (2) khi vật đang chuyển động đều theo quỹ đạo tròn. Trong trường hợp thứ nhất, hợp lực là lực hồi phục và nó vuông góc với sợi dây. Do đó, trọng lượng P của vật được phân tích thành hai thành phần, với một thành phần hướng theo hợp lực và thành phần kia vuông góc với nó (tức là hướng theo sợi dây). Khi đó các lực vuông góc với lực hồi phục, tức là những lực tác dụng theo phương của sợi dây, cân bằng nhau (xem Hình 21a). Do đó

Trong trường hợp thứ hai, hợp lực là lực hướng tâm và hướng theo phương ngang. Do đó, lực căng của sợi dây sẽ được phân tích thành một thành phần thẳng đứng và một thành phần nằm ngang, và những lực vuông góc với hợp lực, tức là những lực thẳng đứng, sẽ cân bằng nhau (Hình 21 b). Khi đó

Như các em có thể thấy, việc biết bản chất của chuyển động của vật tỏ ra hữu ích trong việc xác định lực căng của sợi dây.

HS: Nếu như em hiểu rõ hết điều này, thì từ việc biết sự tương tác của các vật, ta có thể tìm các lực tác dụng lên một vật trong số chúng; nếu ta biết những lực này và những điều kiện ban đầu, thì ta có thể dự đoán bản chất của chuyển động của vật (độ lớn và chiều của vận tốc của nó tại một thời điểm bất kì). Mặt khác, nếu ta biết loại chuyển động của một vật, ta có thể xác định mối liên hệ giữa các lực tác dụng lên nó. Em lập luận như vậy có đúng không?

GV: Khá lắm.

[phần này sách bị mất 2 trang :)] Vui lòng ghi rõ “Nguồn chúng tôi khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Thêm ý kiến của bạn