Định Luật Một Newton / Top 7 # Xem Nhiều Nhất & Mới Nhất 2/2023 # Top View | 2atlantic.edu.vn

Định Luật Hấp Dẫn Của Newton

Newton đã khám phá ra mối quan hệ giữa chuyển động củaMặt trăng và chuyển động của một vật thể rơi tự do trên Trái đất . Bằng lý thuyết động lực học và hấp dẫn của mình , ông đã giải thích các định luật Kepler và thiết lập nên khoa học định lượng hiện đại về lực hấp dẫn. Newton đã giả định sự tồn tại của một lực hấp dẫn giữa tất cả các vật thể có khối lượng lớn, một lực không cần tiếp xúc với cơ thể và tác động ở khoảng cách xa. Bằng cách viện dẫn định luậtquán tính (các vật thể không bị tác dụng bởi một lực chuyển động với tốc độ không đổi trên một đường thẳng), Newton kết luận rằng một lực do Trái đất tác dụng lên Mặt trăng là cần thiết để giữ cho nó chuyển động tròn quanh Trái đất hơn là chuyển động trên một đường thẳng. Ông nhận ra rằng lực này có thể, ở tầm xa, giống như lực mà Trái đất kéo các vật thể trên bề mặt của nó xuống dưới. Khi Newton phát hiện ra rằng gia tốc của Mặt Trăng nhỏ hơn 1 / 3.600 so với gia tốc ở bề mặt Trái Đất, ông đã liên hệ con số 3.600 với bình phương bán kính Trái Đất. Ông tính rằng quỹ đạo chuyển động tròn đều bán kính R và chu kì T cần gia tốc hướng vào A không đổi bằng tích 4π 2 và tỷ lệ giữa bán kính với bình phương thời gian:

tác động của lực hấp dẫn lên Mặt trăng và Trái đất

Ảnh hưởng của lực hấp dẫn lên Trái đất và Mặt trăng.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Của Mặt trăng trên quỹ đạo có bán kính khoảng 384.000 km (239.000 dặm; khoảng 60 Trái Đất bán kính), và thời gian của nó là 27,3 ngày (nó kỳ synodic , hoặc thời gian đo về Pha Mặt Trăng, là khoảng 29,5 ngày). Newton nhận thấy gia tốc hướng vào của Mặt Trăng trên quỹ đạo của nó là 0,0027 mét / giây / giây, bằng (1/60) 2 gia tốc của một vật rơi trên bề mặt Trái Đất.

Lực hấp dẫn

Lực hấp dẫn của Trái đất yếu đi khi khoảng cách ngày càng tăng.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Trong lý thuyết của Newton, mọi hạt vật chất nhỏ nhất đều hút mọi hạt khác theo trọng trường, và trên cơ sở đó, ông đã chỉ ra rằng lực hút của một vật thể hữu hạn có đối xứng cầu giống như lực hút của toàn bộ khối lượng tại tâm vật thể. Tổng quát hơn, lực hút của bất kỳ vật thể nào ở một khoảng cách đủ lớn đều bằng lực hút của toàn bộ khối lượng tại tâm khối lượng. Do đó, ông có thể liên hệ hai gia tốc, của Mặt trăng và của một vật thể rơi tự do trên Trái đất, với một tương tác chung, một lực hấp dẫn giữa các vật thể nhỏ đi như là bình phương nghịch đảo của khoảng cách giữa chúng. Do đó, nếu khoảng cách giữa các vật thể tăng lên gấp đôi thì lực tác dụng lên chúng sẽ giảm đi một phần tư so với ban đầu.

Quan sát một thí nghiệm chứng minh vật thể nào chạy nhanh hơn 10 mét bằng cách so sánh vận động viên chạy nước rút nhanh nhất thế giới với một vật thể đang rơi

Một thí nghiệm để chứng minh cái nào nhanh hơn 10 mét: vận động viên chạy nước rút nhanh nhất thế giới hoặc một vật thể được kéo bởi trọng lực.

© MinutePhysics ( Một đối tác xuất bản Britannica ) Xem tất cả video cho bài viết này

Newton đã thấy rằng lực hấp dẫn giữa các vật thể phải phụ thuộc vào khối lượng của các cơ thể. Vì một vật thể có khối lượng M chịu một lực F sẽ tăng tốc với tốc độ F / M , nên một lực hấp dẫn tỷ lệ với M sẽ phù hợp với quan sát của Galileo rằng tất cả các vật thể đều tăng tốc dưới lực hấp dẫn về phía Trái đất với cùng một tốc độ, một thực tế mà Newton cũng đã thử nghiệm bằng thực nghiệm. Trong phương trình Newton F 12 là độ lớn của lực hấp dẫn tác dụng giữa các khối lượng M 1 và M 2 cách nhau một khoảng r 12 . Lực bằng tích của các khối lượng này và của G , một hằng số phổ quát , chia cho bình phương khoảng cách.

Lực tác dụng theo hướng của đường nối hai vật và do đó được biểu diễn tự nhiên dưới dạng vectơ , F. Nếu r là độ phân ly vectơ của hai vật thìTrong biểu thức này, hệ số r / r 3 tác động theo hướng của r và có giá trị bằng 1 / r 2 .

Lực hút của một số vật có khối lượng M 1 lên vật có khối lượng M làtrong đó Σ 1 có nghĩa là các lực do tất cả các vật thể hút phải cộng lại với nhau theo phương thẳng hàng. Đây là định luật hấp dẫn của Newton về cơ bản ở dạng ban đầu. Một biểu thức đơn giản hơn, phương trình (5), cho gia tốc bề mặt trên Trái đất. Đặt một khối lượng bằng khối lượng Trái đất M E và khoảng cách bằng bán kính r E của Trái đất thì gia tốc hướng xuống của một vật ở bề mặt g bằng tích của hằng số hấp dẫn phổ quát và khối lượng của Trái đất chia cho bình phương của bán kính:

Trọng lượng và khối lượng

The weight W of a body can be measured by the equal and opposite force necessary to prevent the downward acceleration; that is Mg. The same body placed on the surface of the Moon has the same mass, but, as the Moon has a mass of about 1/81 times that of Earth and a radius of just 0.27 that of Earth, the body on the lunar surface has a weight of only 1/6 its Earth weight, as the Apollo program astronauts demonstrated. Passengers and instruments in orbiting satellites are in free fall. They experience weightless conditions even though their masses remain the same as on Earth.

Equations (1) and (2) can be used to derive Kepler’s third law for the case of circular planetary orbits. By using the expression for the acceleration A in equation (1) for the force of gravity for the planet GMPMS/R2 divided by the planet’s mass MP, the following equation, in which MS is the mass of the Sun, is obtained:

Kepler’s very important second law depends only on the fact that the force between two bodies is along the line joining them.

Newton was thus able to show that all three of Kepler’s observationally derived laws follow mathematically from the assumption of his own laws of motion and gravity. In all observations of the motion of a celestial body, only the product of G and the mass can be found. Newton first estimated the magnitude of G by assuming Earth’s average mass density to be about 5.5 times that of water (somewhat greater than Earth’s surface rock density) and by calculating Earth’s mass from this. Then, taking ME and rE as Earth’s mass and radius, respectively, the value of G was which numerically comes close to the accepted value of 6.6743 × 10−11 m3 s−2 kg−1, first directly measured by Henry Cavendish.

Comparing equation (5) for Earth’s surface acceleration g with the R3/T2 ratio for the planets, a formula for the ratio of the Sun’s mass MS to Earth’s mass ME was obtained in terms of known quantities, RE being the radius of Earth’s orbit:

The motions of các mặt trăng của Sao Mộc (do Galileo phát hiện) xung quanh Sao Mộc tuân theo định luật Kepler cũng giống như các hành tinh xung quanh Mặt trời. Do đó, Newton tính toán rằng Jupiter, với bán kính 11 lần lớn hơn Trái đất, đã có kích thước lớn hơn Trái Đất nhưng chỉ 318 lần 1 / 4 như dày đặc.

Khi Định Luật Iii Newton Bị Vi Phạm

Khi định luật III Newton bị vi phạm

Cho dù bạn biết tên gọi của nó hay không, nhưng mọi người chúng ta đều quen thuộc với định luật III Newton – định luật phát biểu rằng với mỗi tác dụng luôn có một phản tác dụng bằng về độ lớn và ngược chiều. Bạn có thể nhìn thấy quan điểm này trong nhiều tình huống hằng ngày, ví dụ khi đi bộ, bàn chân của người đạp xuống mặt đất, và mặt đất đẩy lại một lực bằng về độ lớn và ngược chiều. Định luật III Newton còn thiết yếu cho việc tìm hiểu và phát triển xe hơi, máy bay, tên lửa, tàu thuyền, và nhiều công nghệ khác.

Mặc dù là một trong những định luật cơ bản của vật lí học, nhưng định luật III Newton có thể bị vi phạm trong những tình huống phi cân bằng nhất định. Khi hai vật hay hai hạt vi phạm định luật III, người ta nói chúng có tương tác phi tương hỗ. Các vi phạm có thể xảy ra khi môi trường tham gia vào tương tác giữa hai hạt theo một cách nào đó, ví dụ khi môi trường chuyển động so với hai hạt. (Tất nhiên, định luật III Newton vẫn đúng cho hệ “hạt-cộng-với-môi-trường” hoàn chỉnh.)

Trong các thí nghiệm mới, hai lớp vi hạt lơ lửng ở độ cao khác nhau phía trên một điện cực đã cho phép các nhà nghiên cứu khảo sát cơ học thống kê của các tương tác phi tương hỗ vi phạm định luật III Newton. Ảnh: A. V. Ivlev, et al. CC-BY-3.0

Mặc dù đã có vô số thí nghiệm trên các hạt với tương tác phi tương hỗ, nhưng người ta chẳng biết gì nhiều về cái đang xảy ra ở mức vi mô – cơ học thống kê – của những hệ này.

Trong một bài báo mới công bố trên tạp chí Physical Review X, Alexei Ivlev, cùng các cộng sự, đã khảo sát cơ học thống kê của những loại tương tác phi tương hỗ khác nhau và phát hiện một số kết quả bất ngờ – chẳng hạn các gradient nhiệt độ cực độ có thể phát sinh ở cấp độ hạt.

“Tôi nghĩ ý nghĩa to lớn nhất của công trình của chúng tôi là chúng tôi đã chứng minh chặt chẽ rằng những họ nhất định của những hệ về căn bản không cân bằng có thể được mô tả chính xác theo cơ học thống kê cân bằng (tức là người ta có thể suy ra một giả-Hamiltonian mô tả những hệ như thế),” phát biểu của Ivlev tại Viện Max Planck Vật lí Ngoài địa cầu ở Garching, Đức. “Một trong những hàm ý hấp dẫn nhất là, chẳng hạn, người ta có thể quan sát một hỗn hợp gồm hai chất lỏng cân bằng, nhưng mỗi chất lỏng có nhiệt độ riêng của nó.”

Một ví dụ của một hệ tương tác phi tương hỗ mà các nhà nghiên cứu đã chứng minh bằng thí nghiệm trong nghiên cứu của họ là các vi hạt tích điện lơ lửng phía trên một điện cực trong một buồng plasma. Sự vi phạm định luật III Newton phát sinh từ thực tế hệ gồm hai loại vi hạt lơ lửng ở độ cao khác nhau do kích cỡ và tỉ trọng khác nhau của chúng. Điện trường trong buồng lái một dòng plasma thẳng đứng, giống như một dòng chảy trên sông, và mỗi vi hạt tích điện tập trung các ion plasma đang chảy xuôi dòng, tạo ra một lằn plasma thẳng đứng phía sau nó.

Mặc dù lực đẩy xảy ra do các tương tác trực tiếp giữa hai lớp hạt là tương hỗ, nhưng các lực hút lằn-hạt giữa hai lớp thì không. Đây là do các lực lằn giảm theo khoảng cách đến điện cực, và các lớp đang lơ lửng ở độ cao khác nhau. Kết quả là lớp hạt ở dưới tác dụng một lực toàn phần lên lớp trên lớn hơn lực mà lớp trên tác dụng lên lớp hạt ở dưới. Vì thế, lớp trên có động năng trung bình lớn hơn (và do đó có nhiệt độ cao hơn) lớp ở dưới. Bằng cách điều chỉnh điện trường, các nhà nghiên cứu còn có thể làm tăng hiệu độ cao giữa hai lớp, từ đó làm tăng thêm hiệu nhiệt độ.

“Bình thường, tôi hơi bảo thủ một chút khi nghĩ về loại tiềm năng ‘trước mắt’ mà một khám phá nhất định (chí ít trong vật lí học) có thể có,” Ivlev nói. “Tuy nhiên, cái tôi khá chắc chắn là các kết quả của chúng tôi mang lại một bước quan trọng hướng đến hiểu rõ hơn những loại hệ phi cân bằng nhất định. Có vô số ví dụ của những hệ phi cân bằng rất khác nhau trong đó đối xứng tác dụng-phản tác dụng bị phá vỡ trong các tương tác liên hạt, nhưng chúng tôi chứng minh rằng, tuy vậy, người ta có thể tìm thấy một đối xứng căn bản cho phép chúng ta mô tả những hệ như vậy theo cơ học thống kê (cân bằng) trong sách vở.”

Trong khi thí nghiệm plasma trên là một ví dụ của sự đối xứng tác dụng-phản tác dụng bị phá vỡ trong một hệ 2D, thì đối xứng này cũng có thể xảy ra trong những hệ 3D. Các nhà khoa học trông đợi cả hai loại hệ biểu hiện hành trạng khác lạ và nổi bật, và họ hi vọng nghiên cứu kĩ hơn những hệ này trong tương lai.

Nguồn: chúng tôi align=”right”>Vui lòng ghi rõ “Nguồn chúng tôi khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email

Trắc Nghiệm Lý Thuyết 3 Định Luật Newton

Câu 1Khi vật chịu tác dụng của hợp lực có độ lớn và hướng không đổi thì: a) vật sẽ chuyển động tròn đều. b) vật sẽ chuyển động thẳng nhanh dần đều.c) vật sẽ chuyển động thẳng biến đổi đều.d) Một kết quả khác

Câu 2 Chọn câu sai. Trong tương tác giữa hai vật :a) gia tốc mà hai vật thu được luôn ngược chiều nhau và có độ lớn tỉ lệ thuận với khối lượng của. chúng

b) Hai lực trực đối đặt vào hai vật khác nhau nên không cân bằng nhau.

c) Các lực tương tác giữa hai vật là hai lực trực đối.

d) Lực và phản lực có độ lớn bằng nhau.

Câu 3 Chọn câu đúng

Cặp “lực và phản lực” trong định luật III Niutơn:

a) tác dụng vào cùng một vật.

b) tác dụng vào hai vật khác nhau.

c) không bằng nhau về độ lớn.

d) bằng nhau về độ lớn nhưng không cùng giá.

Câu 4 Câu nào sau đây là đúng?

a) Không có lực tác dụng thì vật không thể chuyển động .

b) Một vật bất kì chịu tác dụng của một lực có độ lớn tăng dần thì chuyển động nhanh dần.

c) Một vật có thể chịu tác dụng đồng thời của nhiều lực mà vẫn chuyển động thẳng đều.

d) Không vật nào có thể chuyển động ngược chiều với lực tác dụng lên nó.

Câu 5 Chọn câu phát biểu đúng.

a) Nếu không có lực tác dụng vào vật thì vật không chuyển động được.

b) Lực tác dụng luôn cùng hướng với hướng biến dạng.

c) Vật luôn chuyển động theo hướng của lực tác dụng.

d) Nếu có lực tác dụng lên vật thì vận tốc của vật bị thay đổi

Câu 6 Dưới tác dụng của một lực vật đang thu gia tốc; nếu lực tác dụng lên vật giảm đi thì độ lớn gia tốc sẽ:

a) tăng lên. b) giảm đi. c) không đổi. d) bằng 0.

Câu 7 Hãy chỉ ra kết luận sai. Lực là nguyên nhân làm cho:

a) vật chuyển động. b) hình dạng của vật thay đổi.

c) độ lớn vận tốc của vật thay đổi.

d) hướng chuyển động của vật thay đổi.

Câu 8 Vật nào sau đây chuyển động theo quán tính ?

a) Vật chuyển động tròn đều .

b) Vật chuyển động trên một đường thẳng.

c) Vật rơi tự do từ trên cao xuống không ma sát.

d) Vật chuyển động khi tất cả các lực tác dụng lên vật mất đi.

Câu 9 Nếu một vật đang chuyển động mà tất cả các lực tác dụng vào nó bỗng nhiên ngừng tác dụng thì vật :

a) chuyển động chậm dần rồi dừng lại. b) lập tức dừng lại.

c) vật chuyển ngay sang trạng thái chuyển động thẳng đều.

d) vật chuyển động chậm dần trong một thời gian, sau đó sẽ chuyển động thẳng đều.

Câu 10 Khi đang đi xe đạp trên đường nằm ngang, nếu ta ngừng đạp, xe vẫn tự di chuyển. Đó là nhờ :

a) trọng lượng của xe b) lực ma sát nhỏ.

c) quán tính của xe. d) phản lực của mặt đường

Câu 11 Khi một con ngực kéo xe, lực tác dụng vào con ngựa làm cho nó chuyển động về phía trước là:

a) lực mà con ngựa tác dụng vào xe.

b) lực mà xe tác dụng vào ngựa.

c) lực mà ngựa tác dụng vào đất.

d) lực mà đất tác dụng vào ngựa.

Câu 12 Đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của một vật là:

a) trọng lương. b) khối lượng. c) vận tốc. d) lực.

Câu 13 Chọn phát biểu đúng nhất .

a) Vectơ lực tác dụng lên vật có hướng trùng với hướng chuyển động của vật.

b) Hướng của vectơ lực tác dụng lên vật trùng với hướng biến dạng của vật.

c) Hướng của lực trùng với hướng của gia tốc mà lực truyền cho vật.

d) Lực tác dụng lên vật chuyển động thẳng đều có độ lớn không đổi.

Câu 15 Phát biểu nào sau đây là đúng ?

a) Nếu không chịu lực nào tác dụng thì vật phải đứng yên.

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

c) Khi vận tốc của vật thay đổi thì chắc chắn đã có lực tác dụng lên vật.

d) Khi không chịu lực nào tác dụng lên vật nữa thì vật đang chuyển động sẽ lập tức dừng lại.

Câu 16 Tìm kết luận chưa chính xác về định luật I Niutơn ?

a) còn gọi là định luật quán tính.

b) chỉ là trường hợp riêng của định luật II Niutơn.

c) Hệ qui chiếu mà trong đó định luật I Niutơn được nghiệm đúng gọi là hệ qui chiếu quán tính.

d) cho phép giải thích về nguyên nhân của trạng thái cân bằng của vật.

Câu 17 Hiện tượng nào sau đây không thể hiện tính quán tính

a) Khi bút máy bị tắt mực, ta vẩy mạnh để mực văng ra.

b) Viên bi có khối lượng lớn lăn xuống máng nghiêng nhanh hơn viên bi có khối lượng nhỏ.

c) Ôtô đang chuyển động thì tắt máy nó vẫn chạy thêm một đoạn nữa rồi mới dừng lại.

d) Một người đứng trên xe buýt, xe hãm phanh đột ngột, người có xu hướng bị ngã về phía trước.

Câu 21 Tìm biết kết luận chưa chính xác ?

a) Nếu chỉ có một lực duy nhất tác dụng lên vật thì vận tốc của vật thay đổi.

b) Nếu có lực tác dụng lên vật thì độ lớn vận tốc của vật bị thay đổi.

c) Nếu có nhiều lực tác dụng lên vật mà các lực này cân bằng nhau thì vận tốc của vật không thay đổi.

d) Nếu vận tốc của vật không đổi thì không có lực nào tác dụng lên vật hoặc các lực tác dụng lên vật cân bằng nhau

Câu 22 Trong các hiện tượng sau, hiện tượng nào xảy ra không do quán tính :

a) Bụi rơi khỏi áo khi ta rũ mạnh áo.

b) Vận động viên chạy đà trước khi nhảy cao.

c) Lưỡi búa được tra vào cán khi gõ cán búa xuống nền.

d) Khi xe chạy, hành khách ngồi trên xe nghiêng sang trái, khi xe rẽ sang phải.

Câu 23 Kết luận nào sau đây là không chính xác :

a) Hướng của lực có hướng trùng với hướng của gia tốc mà lực truyền cho vật.

b) vật chuyển động thẳng đều vì các lực tác dụng vào nó cân bằng nhau.

c) Vật chịu tác dụng của hai lực mà chuyển động thẳng đều thì hai lực cân bằng nhau

d) Vệ tinh nhân tạo chuyển động tròn đều quanh Trái Đất là do các lực tác dụng lên vệ tinh cân bằng nhau.

Câu 24 Chọn câu sai :

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

b) Khối lượng là một đại lượng vô hướng, dương.

c) Trong tương tác giữa hai vật nhất định, gia tốc mà chúng thu được luôn ngược chiều nhau và có độ lớn tỉ lệ thuận với khối lượng của hai vật.

d) Lực và phản lực không cân bằng nhau.

Câu 25 Chọn phát biểu sai trong các kết luận sau :

Một vật chuyển động đều thì :

a) Quãng đường vật đi được tỷ lệ thuận với thời gian chuyển động.

b) Quãng đường vật đi được sau những khoảng thời gian bất kì bằng nhau thì bằng nhau.

c) Vật chịu tác dụng của một lực không đổi.

d) Vật chịu tác dụng của các lực cân bằng khi đang chuyển động.

Câu 26 Chọn phát biểu sai trong các kết luận sau :

Một vật chịu tác dụng của một lực khi :

a) Vật đó đứng yên b) Vật đó thay đổi hình dạng.

c) Vật đó thay đổi hướng chuyển động.

d) Vật đó chuyển động nhanh lên hay chậm đi.

Câu 27 Hành khách ngồi trên xe ôtô đang chuyển động, xe bất ngờ rẽ sang phải. Theo quán tính hành khách sẽ:

a) nghiêng sang phải. b) nghiêng sang trái.

c) ngả người về phía sau. d) chúi người về phía trước

Câu 29 Chọn phát biểu đúng.

Người ta dùng búa đóng một cây đinh vào một khối gỗ :

a) Lực của búa tác dụng vào đinh lớn hơn lực đinh tác dụng vào búa.

b) Lực của búa tác dụng vào đinh về độ lớn bằng lực của

đinh tác dụng vào búa.

c) Lực của búa tác dụng vào đinh nhỏ hơn lực đinh tác dụng vào búa.

d) Tùy thuộc đinh di chuyển nhiều hay ít mà lực do đinh tác dụng vào búa lớn hơn hay nhỏ hơn lực do búa tác dụng vào đinh.

Câu 30 Một vật đang chuyển động với vận tốc 3m/s. Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó mất đi thì

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

b) vật chuyển động chậm dần rồi mới dừng lại.

c) vật đổi hướng chuyển động. d) vật dừng lại ngay.

Câu 31 Khi một người kéo một thùng hàng chuyển động, lực tác dụng vào người làm người đó chuyển động về phía trước là:

a) lực người tác dụng vào xe

b) lực mà xe tác dụng vào người

c) lực người tác dụng vào mặt đất

d) lực mặt đất tác dụng vào người

Câu 34 Câu nào đúng?Trong một cơn lốc xoáy, một hòn đá bay trúng vào một cửa kính, làm vỡ kính.

a) Lực của hòn đá tác dụng vào tấm kính lớn hơn lực của tấm kính tác dụng vào hòn đá.

b) Lực của hòn đá tác dụng vào tấm kính về độ lớn bằng lực của tấm kính tác dụng vào hòn đá.

c) Lực của hòn đá tác dụng vào tấm kính nhỏ hơn lực của tấm kính tác dụng vào hòn đá.

d) Lực của hòn đá tác dụng vào tấm kính lớn hơn trọng lượng của tấm kính.

Câu 35 Khi vật chỉ chịu tác dụng của một lực duy nhất thì nó sẽ:

a) chỉ biến dạng mà không biến đổi vận tốc.

b) chuyển động thẳng đều mãi.

c) chỉ biến đổi vận tốc mà không bị biến dạng.

d) bị biến dạng hoặc biến đổi vận tốc

Câu 49 Chọn câu phát biểu đúng.

a) Khi vật thay đổi vận tốc thì bắt buộc phải có lực tác dụng vào vật.

b) Vật bắt buộc phải chuyển động theo hướng của lực tác dụng vào nó.

c) Nếu không còn lực nào tác dụng vào vật đang chuyển động thì vật phải lập tức dừng lại.

d) Một vật không thể liên tục chuyển động mãi mãi nếu không có lực nào tác dụng vào nó.

Câu 24: định luật I Niutơn cho biết:

A. nguyên nhân của trạng thái cân bằng của các vật B. mối liên hệ giữa lực tác dụng và khối lượng của vật

C. nguyên nhân của chuyển động D. dưới tác dụng của lực, các vật chuyển động như thế nào

Phân Tích Các Định Luật Newton Của Chuyển Động

§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