Ba định luật Newton – Lý thuyết, bài tập mẫu (Vật lí 10)

1. Định luật I Newton

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. Tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động này gọi là quán tính.

Ví dụ: khi xe buýt phanh gấp, hành khách bị nghiêng về phía trước vì cơ thể có xu hướng giữ nguyên vận tốc cũ.

2. Định luật II Newton

Gia tốc của vật cùng hướng với hợp lực tác dụng lên vật, có độ lớn tỉ lệ thuận với độ lớn hợp lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật:

$\vec a = \dfrac{\vec F}{m}$ hay $\vec F = m\vec a$, trong đó $F$ đo bằng newton (N), $m$ đo bằng kg, $a$ đo bằng m/s². $1\ \text{N} = 1\ \text{kg}\cdot\text{m/s}^2$.

Các lực hay gặp: trọng lực $P = mg$; lực ma sát trượt $F_{ms} = \mu N$ ($N$ là độ lớn áp lực).

Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật: vật có khối lượng càng lớn thì càng khó thay đổi vận tốc.

3. Định luật III Newton

Khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều: $\vec F_{BA} = -\vec F_{AB}$.

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

4. Bài tập mẫu

Bài 1. Một ô tô khối lượng 1,2 tấn tăng tốc đều từ trạng thái nghỉ lên 15 m/s trong 10 s trên đường thẳng nằm ngang. Tổng lực cản tác dụng lên xe là 600 N. Tính lực kéo của động cơ.

Lời giải. Gia tốc $a = \dfrac{15 - 0}{10} = 1{,}5$ m/s². Chọn chiều dương là chiều chuyển động: $F_k - F_c = ma$.

$F_k = ma + F_c = 1200 \cdot 1{,}5 + 600 = 2400$ N.

Bài 2. Một người khối lượng 60 kg đứng trong thang máy đang đi lên nhanh dần đều với gia tốc 1 m/s². Lấy $g = 9{,}8$ m/s². Tính lực mà sàn thang máy tác dụng lên người.

Lời giải. Người chịu trọng lực $P$ hướng xuống và phản lực $N$ của sàn hướng lên. Chọn chiều dương hướng lên: $N - mg = ma$.

$N = m(g + a) = 60 \cdot (9{,}8 + 1) = 648$ N. Theo định luật III, người cũng ép lên sàn một lực 648 N, lớn hơn trọng lượng 588 N.

Bài 3. Hai bạn đứng trên hai ván trượt đẩy nhau trên mặt sàn nhẵn. Bạn thứ nhất cùng ván có khối lượng 50 kg, bạn thứ hai cùng ván 40 kg. Lực đẩy có độ lớn 80 N. Tính gia tốc của mỗi bạn.

Lời giải. Theo định luật III, hai bạn chịu lực cùng độ lớn 80 N, ngược chiều. $a_1 = \dfrac{80}{50} = 1{,}6$ m/s²; $a_2 = \dfrac{80}{40} = 2$ m/s². Bạn nhẹ hơn thu gia tốc lớn hơn.

5. Sai lầm thường gặp

Cho rằng vật luôn chuyển động theo hướng của lực. Thực ra gia tốc mới cùng hướng hợp lực, còn vận tốc có thể khác hướng.
Cho rằng lực và phản lực cân bằng nhau.
Nhầm khối lượng (kg) với trọng lượng (N); quên đổi tấn sang kg, gam sang kg.
Không chọn chiều dương trước khi chiếu phương trình vectơ.

6. Tự kiểm tra

Hợp lực 12 N tác dụng vào vật 4 kg. Gia tốc của vật bằng bao nhiêu? (Đáp số: 3 m/s².)
Vì sao khi rũ áo, bụi bị văng ra? (Gợi ý: do quán tính, bụi giữ trạng thái cũ khi áo đột ngột đổi chiều chuyển động.)
Một vật 2 kg đặt trên mặt bàn nằm ngang. Lấy $g = 10$ m/s². Mặt bàn tác dụng lên vật lực bao nhiêu? (Đáp số: 20 N.)