BA ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN

BÀI 10. BA ĐỊNH LUẬT NIU-TƠN

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Áp dụng trực tiếp ba định luật Niu-tơn

Bước 1: Chọn hệ quy chiếu thích hợp (thường là hệ tọa độ Đề-các xOy).

Bước 2: Xác định các lực tác dụng lên vật.

Viết phương trình định luật II Niu-tơn hoặc định luật III Niu-tơn.

Bước 3: Chiếu các phương trình lên hệ trục tọa độ đã chọn (chú ý đến dấu của độ lớn các lực thành phần khi chiếu).

Kết hợp với các điều kiện ban đầu, xác định các đại lượng theo yêu cầu của bài.

Chú ý: Trong trường hợp vật chịu tác dụng của các lực \({{\vec{F}}_{1}},{{\vec{F}}_{2}},...,{{\vec{F}}_{n}}\) thì \(\vec{F}\) là hợp lực của các lực đó, \(\vec{F}={{\vec{F}}_{1}}+{{\vec{F}}_{2}}+...+{{\vec{F}}_{n}}=m\vec{a}.\)

Dạng 2. Bài toán hệ vật

+ Hệ vật là một hệ gồm hai hay nhiều vật liên kết với nhau bằng các dây nối (nhẹ, không dãn) hoặc các vật chồng khít lên nhau … Các bước giải bài toán này như sau:

Bước 1: Vẽ hình và phân tích các lực tác dụng lên vật.

Đối với hệ vật, lực tác dụng bao gồm: nội lực (lực tương tác giữa các vật trong hệ ví dụ như lực căng dây \({{\vec{T}}_{1}},\,{{\vec{T}}_{2}} )\) và ngoại lực (ví dụ như lực kéo và lực ma sát \(\vec{F},{{\vec{F}}_{ms}}\) …)

Bước 2: Chọn hệ quy chiếu thích hợp để đơn giản trong việc giải toán.

Có thể chọn hệ trục tọa độ một chiều Ox hoặc có thể chọn hệ trục tọa độ vuông góc Oxy hoặc hệ trục tọa độ hai chiều không vuông góc nhau.

Bước 3:

• Nếu bài toán chỉ yêu cầu tính gia tốc chuyển động của hệ thì:

\({{\vec{a}}_{hệ}}=\frac{\sum{{{\vec{F}}_{ng}}}}{{{m}_{hệ}}}=\frac{{{\vec{F}}_{1}}+{{\vec{F}}_{2}}+...}{{{m}_{1}}+{{m}_{2}}+...}\)

• Nếu bài toán yêu cầu tính lực căng dây \({{\vec{T}}_{1}},\,{{\vec{T}}_{2}}\)… thì ta nên viết phương trình định luật II Niu-tơn cho từng vật: \(\left\{ \begin{align}   & \vec{F}+{{\vec{P}}_{1}}+{{\vec{T}}_{1}}+...={{m}_{1}}\vec{a}\,\,\,\,\left( 1 \right) \\  & {{\vec{T}}_{2}}+{{\vec{P}}_{2}}+...={{m}_{2}}\vec{a}\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left( 2 \right) \\  & ... \\ \end{align} \right.\,\,\,\)

Bước 4: Chiếu các phương trình lên các hệ trục tọa độ đã chọn đồng thời kết hợp với các giả thuyết khác nếu có để xác định đại lượng cần tìm.

C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 60 SGK Vật Lí 10):

Tại sao xe đạp chạy thêm được một quãng đường nữa mặc dù ta đã ngừng đạp ? Tại sao khi nhảy từ bậc cao xuống, ta phải gập trên lại?

Trả lời:

• Khi ngừng đạp, do xe đạp có quán tính nên vẫn tiếp tục chuyển động. Lực ma sát làm cho xe chạy chậm dần rồi mới dừng lại. Nếu không còn lực nào tác dụng xe sẽ chạy thẳng đều mãi mãi.
• Khi nhảy từ cao xuống, bàn chân dừng lại, do quán tính phần trên cơ thể tiếp tục chuyển động xuống gây ra hiện tượng gập chân. Ngoài ra, nếu ta duỗi thẳng chân, lực phản từ mặt đất sẽ tác dụng gây ra tai nạn nguy hiểm.

Câu C2 (trang 61 SGK Vật Lí 10):

Cho hai vật chịu tác dụng của những lực có độ lớn bằng nhau. Hãy vận dụng định luật II Niu-tơn để suy ra rằng, vật nào có khối lượng lớn hơn thì khó làm thay đổi vận tốc của nó hơn, tức là có mức quán tính lớn hơn.

Trả lời:

Từ định luật II Niu-tơn: \(\vec{F}=m\vec{a}\Rightarrow \vec{a}=\frac{{\vec{F}}}{m}\)

Như vậy, khi hai vật chịu tác dụng của lực có cùng độ lớn thì vật nào có khối lượng lớn hơn sẽ thu gia tốc nhỏ hơn, tức là thay đổi vận tốc chậm hơn. Nói cách khác, vật nào có khối lượng lớn hơn thì càng khó làm thay đổi vận tốc của nó, tức là có mức quán tính lớn hơn.

Câu C3 (trang 61 SGK Vật Lí 10):

Tại sao máy bay phải chạy một quãng đường dài trên đường băng mới cất cánh được?

Trả lời:

Thông thường máy bay có khối lượng rất lớn nên quán tính của nó cũng rất lớn, do đó cần có thời gian để máy bay đạt đến tốc độ cần thiết để cất cánh, nên đường băng phải dài.

Câu C4 (trang 62 SGK Vật Lí 10):

Hãy giải thích tại sao ở cùng một nơi ta luôn có \(\frac{{{P}_{1}}}{{{P}_{2}}}=\frac{{{m}_{1}}}{{{m}_{2}}}\)

Trả lời:

Ở cùng một nơi trên Trái Đất và gần mặt đất ta có gia tốc trọng trường g không đổi. Do đó: \(\left\{ \begin{align}   & {{P}_{1}}={{m}_{1}}.g \\  & {{P}_{2}}={{m}_{2}}.g \\ \end{align} \right.\Rightarrow \frac{{{P}_{1}}}{{{P}_{2}}}=\frac{{{m}_{1}}}{{{m}_{2}}}\)

Trả lời:

• Theo định luật III Niu-tơn, khi búa tác dụng lực lên đinh một lực thì đinh cũng tác dụng lên búa một lực. Nói cách khác, lực bao giờ cũng xuất hiện từng cặp trực đối.
• Lực mà búa tác dụng vào đinh có độ lớn bằng lực mà đinh tác dụng vào búa nhưng đây không phải là một cặp lực cân bằng vì chúng đặt lên hai vật khác nhau, vì vậy đinh không đứng yên. Nói cách khác, cặp “lực và phản lực” không cân bằng nhau.

D. CÂU HỎI – BÀI TẬP

Bài 1 (trang 64 SGK Vật Lí 10) :

Phát biểu định luật I Niu-tơn. Quán tính là gì?

Lời giải:

• 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.
• 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 Lí 10) :

Phát biểu và viết hệ thức của định luật II Niu-tơn.

Lời giải:

• Định luật II Niu-tơn: Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật và có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn của lực tác dụng và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
• Biểu thức: \(\vec{a}=\frac{{\vec{F}}}{m}\Rightarrow \vec{F}=m\vec{a}\)

Bài 3 (trang 64 SGK Vật Lí 10) :

Nêu định nghĩa và các tính chất của khối lượng.

Lời giải:

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

+ Tính chất của khối lượng

• Là đại lượng vô hướng, dương, không đổi đối với mỗi vật
• Có tính chất cộng: khi nhiều vật được ghép lại thành một hệ thì khối lượng của hệ bằng tổng khối lượng của các vật đó.

Bài 4 (trang 64 SGK Vật Lí 10) :

Trọng lượng của một vật là gì? Viết công thức của trọng lực tác dụng lên một vật.

Lời giải:

Trọng lượng là độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật.

Công thức trọng lực tác dụng lên một vật là: \( \vec{P}=m\vec{g}\)

Trong đó m (kg) là khối lượng của vật; \(\vec{g}\) là gia tốc trọng trường.

Bài 5 (trang 64 SGK Vật Lí 10) :

Phát biểu và viết hệ thức của định luật III Niu-tơn.

Lời giải:

• 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 cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.
• Biểu thức: \({{\vec{F}}_{A\to B}}=-{{\vec{F}}_{B\to A}}\) hay\({{\vec{F}}_{AB}}=-{{\vec{F}}_{BA}}.\)

Bài 6 (trang 64 SGK Vật Lí 10) :

Nêu những đặc điểm của cặp “lực và phản lực” trong tương tác giữa hai vật.

Lời giải:

+ Đặc điểm của cặp “lực và phản lực” trong tương tác giữa hai vật.

• Luôn xuất hiện (hoặc mất đi) đồng thời.
• Cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều gọi là hai lực trực đối.
• Không cân bằng nhau vì chúng đặt vào hai vật khác nhau.

Bài 7 (trang 65 SGK Vật Lí 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: Chọn D.

Một vật đang chuyển động với vận tốc 3 m/s, nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó bị mất đi thì hợp lực tác dụng lên nó bằng 0, theo định luật I Niu-tơn vật sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.

Bài 8 (trang 65 SGK Vật Lí 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: Chọn D.

• Nếu không chịu lực nào tác dụng thì theo định luật I Niu-tơn thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều ⇒ A, B và C sai.
• Khi thấy vận tốc của vật thay đổi thì chắc chắn gia tốc của vật a ≠ 0, theo định luật II Niu-tơn: F = m.a nên F ≠ 0 ⇒ D đúng.

Bài 9 (trang 65 SGK Vật Lí 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:

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 Lí 10) :

Trong các cách viết hệ thức của định luật II Niu-tơn sau đây, cách viết nào đúng?

A. \(\vec{F}=ma.\) B. \(\vec{F}=-m\vec{a}.\) C. \(\vec{F}=m\vec{a}.\) D. \(-\vec{F}=m\vec{a}.\)

Lời giải: Chọn C.

Hệ thức của định luật II Niu-tơn \(\vec{F}=m\vec{a}.\)

Bài 11 (trang 65 SGK Vật Lí 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: Chọn C.

Áp dụng định luật II Niu-tơn ta có:\(\vec{F}=m\vec{a}.\)

Chiếu lên phương chuyển động của vật ta có: F = ma = 8.2 = 16 N.

Trọng lượng của vật là: P = mg = 8.10 = 80 N.

Vậy F = 16 N và nhỏ hơn trọng lượng của vật.

Bài 12 (trang 65 SGK Vật Lí 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: Chọn D.

Áp dụng định luật II Niu-tơn ta có:\(F=ma\Rightarrow a=\frac{F}{m}=\frac{250}{0,5}=500\,m/{{s}^{2}}.\)

Quả bóng bay đi với tốc độ là: v = v0 + at = 0 + 500.0,02 = 10 m/s.

Bài 13 (trang 65 SGK Vật Lí 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:

• Theo định luật III Niu-tơn, lực do ô tô tải tác dụng lên ô tô con có độ lớn bằng lực do ô tô con tác dụng lên ô tô tải, hay nói cách khác hai ô tô chịu tác dụng lực có độ lớn bằng nhau.
• 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.

Bài 14 (trang 65 SGK Vật Lí 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:

Lực do tay người tác dụng lên túi thức ăn có độ lớn là 40 N, hướng lên nên theo định luật III Niu-tơn:

a) Độ lớn của phản lực là 40 N.

b) Hướng của phản lực: hướng lên trên

c) Phản lực tác dụng lên tay người.

d) Vật gây ra phản lực này là túi thức ăn.

Bài 15 (trang 65 SGK Vật Lí 10) :

Hãy chỉ ra căp “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:

Cặp lực và phản lực tương ứng trong từng trường hợp là:

a) Lực của ô tô tác dụng vào thanh chắn đường và phản lực của thanh chắn đường tác dụng vào ô tô.

b) Lực của tay 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.

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 10 bài Ba định luật Newton do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ