Chương II: Động Lực Học Chất Điểm – Vật Lý Lớp 10
Bài 10: Ba Định Luật Newton
Nội dung về định luật 3 Newtơn là một trong những phần quan trọng nhất khi nghiên cứu Vật Lý. Vậy 3 định luật Newtơn được phát biểu như thế nào và giữa chúng có mối liên hệ gì với nhau hay không? Và trong bài học hôm nay sẽ giúp các bạn nghiên cứu kỉ hơn về 3 định luật này. Mời các em tham khảo bài học bài 10 ba định luật Newtơn.
Tóm Tắt Lý Thuyết
1. Định luật I Niu-tơn: (Newton)
Khi nghiên cứu chuyển động, chúng ta nhận thấy rằng các vật chỉ bắt đầu chuyển động hay thay đổi trạng thái chuyển động của chúng khi chịu tác động của vật khác. Tác dụng của một vật lên một vật khác được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý gọi là lực. Ví dụ đoàn tàu chỉ chuyển động khi chịu tác dụng của lực kéo của đầu tàu, chiếc xe đang chuyển động chỉ dừng lại khi chịu lực hãm…
Qua các ví dụ trên ta có thể định nghĩa như sau:
Lực là nguyên nhân vật lý gây ra sự chuyển động cũng như sự thay đổi chuyển động của các vật. Lực thể hiện mức độ tương tác giữa các vật.
Tương tác giữa các vật xảy ra theo hai phương cách:
– Khi chúng tiếp xúc với nhau. Ví dụ: lực đàn hồi, lực ma sát…
– Khi chúng không trực tiếp tiếp xúc nhau. Dù vậy chúng vẫn tác dụng lên nhau thông qua trường. Ví dụ: lực hấp dẫn, lực điện từ…
Lực là một đại lượng vectơ (trong cơ học thường được ký hiệu bằng chữ (vec{F})), do đó ta cần lưu ý đến các đặc điểm sau của vectơ lực:
– Điểm đặt của lực nằm tại vật chịu tác dụng của lực.
– Độ lớn (còn gọi là cường độ) của lực được biểu diễn một cách hình học bằng độ dài của vectơ lực.
– Phương của lực.
– Chiều của lực.
Do đó hai lực được gọi là bằng nhau nếu chúng có cùng độ dài, cùng phương và cùng chiều. Qui tắc cộng các lực là qui tắc cộng vectơ.
Khi nghiên cứu mối quan hệ giữa lực và chuyển động nhà bác học người Anh là Niu-tơn đã xây dựng được ba định luật động lực học mang tên ông.
Định luật I Niu-tơn được phát biểu như sau:
Mọi vật giữ nguyên trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng đều nếu tổng hình học của các lực tác dụng lên vật bằng 0.
Trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng đều là trạng thái chuyển động với vận tốc không thay đổi hay là giữ nguyên như cũ, tức là chuyển động theo quán tính. Do đó, định luật này được gọi là định luật quán tính.
Không giống như các định luật vật lý khác, ta không thể nào kiểm nghiệm được định luật này một cách trực tiếp bằng thực nghiệm vì trên trái đất không thể có bất kỳ vật nào hoàn toàn cô lập ( không chịu bất kỳ một lực nào). Thành thử, ta coi định luật này như một nguyên lý (tương tự như một tiên đề trong toán học) mà không chứng minh. Ta chỉ có thể xác nhận sự đúng đắn của định luật này khi kiểm nghiệm các hệ quả của định luật mà thôi.
Có thể nêu một ví dụ quan sát thông thường giúp ta dễ dàng thừa nhận định luật: khi đẩy một vật nặng trượt trên sàn nhà ta có thể thấy vận tốc của vật giảm dần và cuối cùng dừng hẳn lại. Nhưng nếu sàn nhà nhẵn thì vật có thể trượt rất xa. Sở dĩ như vậy là vì ngoài trọng lượng của vật và phản lực của sàn nhà là hai lực triệt tiêu lẫn nhau thì vật còn chịu tác dụng của lực ma sát và lực cản của không khí là hai lực ngược chiều chuyển động của vật và cản trở chuyển động của vật. Tưởng tượng nếu ta có thể làm giảm các lực này thì vật sẽ chuyển động được rất xa mặc dù ta chỉ đẩy vật trong một thời gian rất ngắn. Nếu làm triệt tiêu hoàn toàn các lực này thì vật sẽ chuyển động thẳng đều mãi mãi trên sàn nhà.
Hệ qui chiếu quán tính:
Ở chương I, chúng ta đã biết rằng cùng một chuyển động nhưng sẽ xảy ra khác nhau trong các hệ qui chiếu khác nhau: ví dụ chuyển động của điểm M trên vành xe đạp, nếu ngồi trên xe mà nhìn thì điểm M chuyển động tròn đều, còn nếu đứng quan sát bên đường thì điểm M chuyển động theo quĩ đạo xy-clô-it. Vậy tự nhiên sẽ nảy sinh câu hỏi sau: định luật I Niu-tơn khẳng định nếu một vật không chịu tác động của một lực nào thì nó sẽ đứng yên hay chuyển động thẳng đều đối với hệ qui chiếu nào?
Thời Niu-tơn, ông coi hệ qui chiếu có tâm là mặt trời và ba trục hướng về ba ngôi sao ở rất xa mặt trời (vì ở rất xa nên coi như ba ngôi sao này là đứng yên) là một hệ qui chiếu đứng yên. Hệ qui chiếu này gọi là hệ qui chiếu Cô-péc-ních. Niu-tơn đã phat biểu định luật I đối với hệ qui chiếu Cô-péc-ních. Do đó, hệ qui chiếu Cô-péc-ních được gọi là hệ qui chiếu quán tính. Trong hệ qui chiếu quán tính, định luật I Niu-tơn được nghiệm đúng. Vì vậy ta có thể định nghĩa hệ qui chiếu quán tính như sau:
Hệ qui chiếu quán tính là một hệ qui chiếu mà trong đó nếu một vật không chịu tác dụng của một ngoại lực nào thì nó hoặc là đứng yên hoặc là chuyển động thẳng đều.
Như ta sẽ thấy sau này, hệ qui chiếu gắn liền với quả đất không phải là một hệ qui chiếu quán tính. Nhưng nếu ta xét chuyển động của một vật trong khoảng thời gian ngắn thì ta có thể xem hệ qui chiếu gắn với quả đất gần đúng là một hệ qui chiếu quán tính, còn nếu chuyển động xảy ra trong một thời gian dài (ví dụ như chuyển động của tên lửa vượt đại châu, chuyển động của tàu vũ trụ) thì không thể xem hệ qui chiếu này là quán tính được.
2. Định luật II Niu-tơn
Định luật II Niu-tơn xét mối quan hệ định lượng giữa lực và chuyển động. Nó được phát biểu như sau:
Gia tốc mà chất điểm thu được dưới tác dụng của lực thì tỉ lệ với cường độ của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
(vec{a} = frac{vec{F}}{m} (II.1a))
trong đó (vec{a}) là gia tốc của chất điểm, (vec{F}) là ngoại lực gây ra chuyển động có gia tốc của vật, m là khối lượng của vật.
Ta cũng có biểu diễn định luật II dưới dạng khác. Từ (II.1a) suy ra:
(vec{F} = mvec{a} (II.1b))
Dựa vào (II.1b) ta suy ra đơn vị đo lực trong hệ đo lường quốc tế SI như sau:
nếu (m = 1kg, a=1m/s^2) thì (F = 1kgm/s^2) = 1Niu-tơn (viết tắt là 1N)
Vậy 1N là một lực mà khi tác dụng lên một vật có khối lượng 1kg thì nó truyền cho vật này một gia tốc là (1m/s^2).
Từ (II.1a) ta thấy rằng (vec{F} = 0) thì = 0, tức là nếu vật không chịu tác dụng của ngoại lực thì nó sẽ tiếp tục đứng yên hay chuyển động thẳng đều ((vec{v} = Cte)). Do đó định luật I chỉ là một trường hợp riêng của định luật II, tuy nhiên Niu-tơn vẫn phát biểu nó thành một định luật riêng do tầm quan trọng của định luật này về phương diện lý luận khi nghiên cứu chuyển động.
3. Định luật III Niu-tơn
Định luật này xét mối quan hệ giữa các lực tương tác giữa hai vật. Nếu ta gọi (vec{F}_{12}) là lực mà vật thứ nhất tác động lên vật thứ hai (qui ước gọi là lực), còn (vec{F}_{21}) là lực mà vật thứ hai tác động trở lại vật thứ nhất (qui ước gọi là phản lực) thì định luật III được phát biểu như sau:
Phản lực luôn bằng độ lớn nhưng ngược chiều với lực.
(vec{F}_{12} = -vec{F}_{21} (II.2))
Cần phải lưu ý rằng tên gọi lực và phản lực chỉ có tính qui ước. Nội dung của định luật III tuy đơn giản nhưng phải nhớ rằng điểm đặt của lực và phản lực là hai điểm khác nhau: điểm đặt của lực (vec{F}_{12}) là vật hai còn điểm đặt của lực (vec{F}_{21}) là vật một. Do đó hai lực này không triệt tiêu tác dụng của nhau.
Các Bài Tập & Lời Giải Bài Tập SGK Bài 10 Ba Định Luật Newton
Hướng dẫn giải bài tập sgk bài 10 ba định luật Newton chương II vật lý 10. Giúp bạn nắm bắt ba định luật newton qua các câu hỏi trắc nghiệm và hoàn thành các bài tập sgk.
Bài Tập 1 Trang 64 SGK Vật Lý Lớp 10
Phát biểu định luật I Niutơn. Quán tính là gì?
Bài Tập 2 Trang 64 SGK Vật Lý Lớp 10
Phát biểu và viết hệ thức của định luật II Niutơn?
Bài Tập 3 Trang 64 SGK Vật Lý Lớp 10
Nêu định nghĩa và các tính chất của khối lượng?
Bài Tập 4 Trang 64 SGK Vật Lý Lớp 10
Trọng lượng của một vật là gì? Viết công thức của trọng lực tác dụng lên một vật?
Bài Tập 5 Trang 64 SGK Vật Lý Lớp 10
Phát biểu và viết hệ thức của định luật III Niu – tơn?
Bài Tập 6 Trang 64 SGK Vật Lý Lớp 10
Nêu những đặc điểm của cặp ” lực và phản lực” trong tương tác giữa hai vật?
Bài Tập 7 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 10
Một vật đang chuyển động với vận tốc 3m/s. Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó mất đi thì:
A. Vật dừng lại ngay
B. Vật đổi hướng chuyển động
C. Vật chuyển động chậm dần rồi mới dừng lại
D. Vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3m/s
Chọn đáp án đúng.
Bài Tập 8 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 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 thì chắc chắn là đã có lực tác dụng lên vật.
Bài Tập 9 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 10
Một vật đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang. Tại sao ta có thể khẳng định rằng bàn đã tác dụng một lực lên nó?
Bài Tập 10 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 10
Trong các cách viết hệ thức của định luật II Niu – tơn sau đây, cách viết nào đúng?
A. ()(vec{F} = ma)
B. (vec{F} = -mvec{a})
C. (vec{F} = mvec{a})
D. (-vec{F} = mvec{a})
Bài Tập 11 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 10
Một vật có khối lượng 8,0kg trượt xuống một mặt phẳng nghiêng nhẵn với gia tốc (2,0 m/s^2). Lực gây ta gia tốc này bằng bao nhiêu?
So sánh độ lớn của lực này với trọng lượng của vật. Lấy (g = 10m/s^2)
A. 1,6N, nhỏ hơn
B. 16N, nhỏ hơn
C. 160N, lớn hơn
D. 4N, lớn hơn
Bài Tập 12 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 10
Một quả bóng, khối lượng 0,5kg đang nằm yên trên mặt đất. Một cầu thủ đá bong với một lực 250N. thời gian chân tác dụng vào bóng là 0,02s. 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
Bài Tập 13 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 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?
Bài Tập 14 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 10
Để xách một túi đựng thức ăn, một người tác dụng một lực 40N 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?
Bài Tập 15 Trang 65 SGK Vật Lý Lớp 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 kết: Qua nội dung bài học bài 10 ba định luật Newton chương II vật lý lớp 10. Các bạn cần lưu ý các điều sau:
– Định luật I Newtơn gồm thí nghiệm lịch sử của Galiê, quán tính
– Định luật II Newtơn gồm định luật khối lượng và mức quán tính.
– Định luật III Newtơn gồm sự tương tác giữa các vật, định luật, lực và phản lực
Kết thúc bài học bài 10 ba định luật Newton chương II vật lý lớp 10. Nội dung bài học khá quan trọng vì thế các bạn cần phải nắm bắt kiến thức một cách tốt nhất. Hi vọng qua bài viết gồm nội dung kèm theo đó là lời giải chi tiết các bài tập trong sách giáo khoa sẽ giúp bạn hoàn thành tốt bài học này.
Các bạn đang xem Bài 10: Ba Định Luật Newton thuộc Chương II: Động Lực Học Chất Điểm tại Vật Lý Lớp 10 môn Vật Lý Lớp 10 của chúng tôi Hãy Nhấn Đăng Ký Nhận Tin Của Website Để Cập Nhật Những Thông Tin Về Học Tập Mới Nhất Nhé.