Các định luật Niu-tơn (Newton), công thức và ý nghĩa của định luật Niu-tơn - Vật lý 10 bài 10

Vậy ba định luật Niu-tơn (Newton) được phát biểu như thế nào? ý nghĩa của định luật Niu tơn 1, định luật Niu tơn 2 là gì? công thức tính của các định luật Niu-tơn ra sao? chúng ta cùng tìm hiểu qua nội dung bài viết dưới đây.

I. ĐỊNH LUẬT I NIU-TƠN

1. Thí nghiệm của Ga-li-lê

a) Thí nghiệm

- Ông dùng hai máng nghiêng giống như máng nước, rất trơn rồi thả một hòn bi cho lăn xuống theo máng nghiêng 1. Hòn bi lăn ngược lên máng 2 đến một độ cao gần bằn độ cao ban đầu. Khi hạ thấp độ nghiêng của máng 2, hòn bi lăn trên máng 2 được một đoạn đường dài hơn.

- Ông cho rằng hòn bi không lăn được đến độ cao ban đầu là vì có ma sát. Ông tiên đoán nếu không có ma sát và nếu hai máng nằm ngang thì hòn bi sẽ lăn với vận tốc không đổi mãi mãi.

b) Nhận xét: Nếu không có lực ma sát thì không cần đến lực để duy trì chuyển động của một vật.

2. Định luật I Niu-tơn

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

3. Quán tính

- Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn.

- Định luật I được gọi là định luật quán tính và chuyển động thẳng đều được gọi là chuyển động theo quán tính.

4. Ý nghĩa của định luật I Niu-tơn

- Mọi vật đều có khả năng bảo toàn vận tốc gọi là quán tính, biểu hiện của quán tính là:

 ◊ Xu hướng giữ nguyên trạng thái chuyển động thẳng đều

 ◊ Xu hướng giữ nguyên trạng thái đứng yên

- Chuyển động của một vật không chịu tác dụng của lực gọi là chuyển động theo quán tính.

II. ĐỊNH LUẬT II NIU-TƠN

1. Định luật II Newton

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

  hay 

- Trong trường hợp vật chịu tác dụng của nhiều lực tác dụng  thì  là hợp lực của các lực đó.

2. Khối lượng và mức quán tính

a) Định nghĩa

- Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

b) 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: Khi nhiều vật được ghép lại thành một hệ vật thì khối lượng của hệ bằng tổng khối lượng của các vật đó.

3. Trọng lực. Trọng lượng

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

- Trọng lực được ký hiệu là , trọng lực tác dụng lên vật đặt tại trọng tâm của vật.

- Độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật gọi là trọng lượng của vật, ký hiệu là P.

- Trọng lượng của vật được đo bằng lực kế.

- Công thức của trọng lực:  

 Trong đó: m là khối lượng của vật (kg);   là gia tốc rơi tự do (g=9,8m/s²)

4. Ý nghĩa của định luật II Niu-tơn

- Định luật II Niu-tơn cho biết mối liên hệ giữa hợp lực, gia tốc và khối lượng của vật, từ đó có thể ứng dụng trong công nghiệp sản xuất máy móc, dụng cụ có khối lượng hợp lý, giảm ma sát khi cần thiết.

- Thí dụ khi thiết kế xe đua F1 (Formula 1) cần giảm khối lượng xe, thân xe giảm lực cản,... để có thể tăng tốc nhanh.

III. ĐỊNH LUẬT III NIU-TƠN

1. Sự tương tác giữa các vật

- 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.

2. Định luật III Niu-tơn

- Phát biểu định luật III Newton: Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.

 hay 

3. Lực và phản lực

• Trong tuơng tác giữa hai vật, một lực gọi là lực tác dụng, còn lực kia gọi là phản lực.

• Lực và phản lực có những đặc điểm sau đây:

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

 - Lực và phản lực là hai lực trực đối (cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều).

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

IV. Bài tập vận dụng các định luật Niu-tơn

* Bài 1 trang 64 SGK Vật Lý 10: Phát biểu định luật I Niu – Tơn. Quán tính là gì?

° Lời giải Bài 1 trang 64 SGK Vật Lý 10:

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

- Quán tính: là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn.

* Bài 2 trang 64 SGK Vật Lý 10: Phát biểu và viết hệ thức của định luật II Niu–tơn.

° Lời giải Bài 2 trang 64 SGK Vật Lý 10:

- Phát biểu Định luật II Niu-tơn: Gia tốc của 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.

- Công thức định luật II Newton:  hay 

* Bài 3 trang 64 SGK Vật Lý 10: Nêu định nghĩa và các tính chất của khối lượng.

° Lời giải Bài 3 trang 64 SGK Vật Lý 10:

¤ 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: khi nhiều vật được ghép lại thành một hệ vật thì khối lượng của hệ bằng tổng khối lượng của các vật đó.

* Bài 4 trang 64 SGK Vật Lý 10: Trọng lượng của một vật là gì? Viết công thức của trọng lực tác dụng lên một vật.

° Lời giải Bài 4 trang 64 SGK Vật Lý 10:

- Trọng lượng của một vật là lực hút của Trái Đất tác dụng vào vật, gây cho vật gia tốc rơi tự do.Độ lớn của trọng lực tác dụng lên một vật gọi là trọng lượng của vật.

- Công thức của trọng lực tác dụng lên một vật: 

  Trong đó: m là khối lượng của vật (kg);  là gia tốc rơi tự do (g=9,8m/s²)

* Bài 5 trang 64 SGK Vật Lý 10: Phát biểu và viết hệ thức của định luật III Niu-tơn.

° Lời giải Bài 5 trang 64 SGK Vật Lý 10:

- Phát biểu định luật III Niu-tơn: Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lên vật A một lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, ngược chiều nhưng đặt vào hai vật khác nhau:

- Một trong hai lực trên gọi là lực tác dụng, thì lực kia gọi là phản lực.

- Lực và phản lực là hai lực trực đối không cân bằng.

* Bài 6 trang 64 SGK Vật Lý 10: Nêu những đặc điểm của cặp "lực và phản lực" trong tương tác giữa hai vật.

° Lời giải Bài 6 trang 64 SGK Vật Lý 10:

¤ Đặc điểm của lực và phản lực trong tương tác giữa hai vật là:

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

 - Lực và phản lực là hai lực trực đối (cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều).

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

* Bài 7 trang 65 SGK Vật Lý 10: Một vật đang chuyển động với vận tốc 3 m/s. Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó bị mất đi thì

A. vật dừng lại ngay

B. vật đổi hướng chuyển động

C. vật tiếp tục chuyển động chậm dần rồi mới dừng lại

D. vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.

Chọn đáp án đúng.

° Lời giải Bài 7 trang 65 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: D. vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.

- Nếu hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 thì: Nếu vật đang đứng yên thì tiếp tục đứng yên, nếu vật đang chuyển động thì vẫn chuyển động thẳng đều theo hướng cũ.

- Như vậy: Một vật đang chuyển động với vận tốc 3m/s. Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó mất đi thì vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3m/s.

* Bài 8 trang 65 SGK Vật Lý 10: Câu nào đúng?

A. Nếu không chịu lực nào tác dụng thì mọi vật phải đứng yên.

B. Khi không còn lực nào tác dụng lên vật nữa, thì vật đang chuyển động sẽ lập tức dừng lại.

C. Vật chuyển động được là nhờ có lực tác dụng lên nó.

D. Khi thấy vận tốc của vật thay đổi chắc chắn là đã có lực tác dụng lên vật.

° Lời giải Bài 8 trang 65 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: D. Khi thấy vận tốc của vật thay đổi chắc chắn là đã có lực tác dụng lên vật.

- Vì khi thấy vận tốc của vật thay đổi thì chắc chắn đã có lực tác dụng lên nó (theo định luật II Niu-tơn: F = m.a, vận tốc thay đổi thì a ≠ 0 → F ≠ 0).

- A, B, C đều sai vì (theo định luật I Niu-tơn): Khi không chịu lực nào tác dụng thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.

* Bài 9 trang 65 SGK Vật Lý 10: Một vật đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang. Tại sao có thể khẳng định rằng bàn đã tác dụng một lực lên nó?

° Lời giải Bài 9 trang 65 SGK Vật Lý 10:

- Bàn tác dụng lên vật một lực cân bằng với trọng lực tác dụng lên vật làm cho hợp lực tác dụng lên vật bằng không, vật nằm yên.

* Bài 10 trang 65 SGK Vật Lý 10: Trong các cách viết hệ thức của định luật II Niu – tơn sau đây, cách viết nào đúng?

A. 

B. 

C. 

D. 

° Lời giải Bài 10 trang 65 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: C. 

- Hệ thức của định luật II Niu – tơn là:

* Bài 11 trang 65 SGK Vật Lý 10: Một vật có khối lượng 8,0 kg trượt xuống một mặt phẳng nghiêng nhẵn với gia tốc 2,0 m/s² . Lực gây ra gia tốc này bằng bao nhiêu? So sánh độ lớn của lực này với trọng lượng của vật. Lấy g = 10 m/s².

A. 1,6 N, nhỏ hơn

B. 16 N, nhỏ hơn

C. 160 N, lớn hơn

D. 4 N, lớn hơn.

° Lời giải Bài 11 trang 65 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: B.16 N, nhỏ hơn

- Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật.

- Áp dụng định luật II Newton ta có:

  (*)

- Chiếu (*) lên phương chuyển động ta được: F = ma  = 8.2 = 16(N).

- Trọng lực tác dụng lên vật là: P = mg = 8.10 = 80(N).

⇒ Lực F nhỏ hơn trọng lực P.

* Bài 12 trang 65 SGK Vật Lý 10: Một quả bóng, khối lượng 0,50 kg đang nằm yên trên mặt đất. Một cầu thủ đá bóng với một lực 250 N. Thời gian chân tác dụng vào bóng là 0,020 s. Quả bóng bay đi với tốc độ.

A. 0,01 m/s     B. 0,1 m/s    C. 2,5 m/s      D. 10 m/s.

° Lời giải Bài 12 trang 65 SGK Vật Lý 10:

¤ Chọn đáp án: D.10 m/s.

- Áp dụng định luật II Newton ta có:

- Quả bóng bay đi với vận tốc: v = v₀ + at = 0 + 500.0,02 = 10 (m/s).

* Bài 13 trang 65 SGK Vật Lý 10: Trong một tai nạn giao thông, một ô tô tải đâm vào một ô tô con đang chạy ngược chiều. Ô tô nào chịu lực lớn hơn ? Ô tô nào nhận được gia tốc lớn hơn? Hãy giải thích.

° Lời giải Bài 13 trang 65 SGK Vật Lý 10:

- Theo định luật III Niu – tơn, ta suy ra hai ô tô chịu lực bằng nhau (về độ lớn) và do đó cũng theo định luật II Niu – tơn ô tô tải có khối lượng lớn hơn nên nhận được gia tốc nhỏ hơn, ô tô con có khối lượng nhỏ hơn nên nhận gia tốc lớn hơn (nên ô tô nhỏ thường bị văng xa hơn, thiệt hại nặng hơn).

* Bài 14 trang 65 SGK Vật Lý 10: Để xách một túi đựng thức ăn, một người tác dụng vào túi một lực bằng 40 N hướng lên trên. Hãy miêu tả "phản lực" (theo định luật III) bằng cách chỉ ra

a) Độ lớn của phản lực.

b) Hướng của phản lực.

c) Phản lực tác dụng lên vật nào?

d) Vật nào gây ra phản lực này?

° Lời giải Bài 14 trang 65 SGK Vật Lý 10:

a) Theo định luật III Newton 

 ⇒ F₂₁ = F₁₂ = 40N

 ⇒ Độ lớn của phản lực là 40 N

b) Hướng xuống dưới (ngược với chiều người tác dụng).

c) Tác dụng vào tay người.

d) Túi đựng thức ăn.

* Bài 15 trang 65 SGK Vật Lý 10: Hãy chỉ ra cặp "lực và phản lực" trong các tình huống sau:

a) Ô tô đâm vào thanh chắn đường;

b) Thủ môn bắt bóng;

c) Gió đập vào cánh cửa.

° Lời giải Bài 15 trang 65 SGK Vật Lý 10:

a) Lực mà ô tô tác dụng (đâm) vào thanh chắn, theo định luật III Niu-tơn, thanh chắn phản lại một lực tác dụng vào ô tô.

b) Lực mà thủ môn tác dụng vào quả bóng và phản lực của quả bóng tác dụng vào tay thủ môn.

c) Lực của gió tác dụng vào cánh cửa và phản lực của cánh cửa tác dụng vào gió.