Theo Định Luật Iii Newton Thì Lực Và Phản Lực / TOP 13 # Xem Nhiều Nhất & Mới Nhất 6/2023 # Top View

Định luật III Newton: khi vật A tác dụng lên vật B một lực thì vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này có cùng độ lớn, cùng phương, ngược chiều và điểm đặt vào hai vật khác nhau. 1/ Định luật III Newton Quan sát thí nghiệm vật lý trên ta nhận thấy rằng khi xe A chuyển động đến va chạm với vật B (tác dụng lực lên vật B) sau đó xe A đổi hướng chuyển động ngược trở lại, điều này chứng tỏ có một lực từ vật B tác dụng trở lại xe A làm đổi chiều chuyển động của xe A. Kết luận: 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 phương ngược chiều nhau. Bỏ qua ma sát giữa bánh xe và mặt phẳng nằm ngang, nếu sau khi va chạm với vật B, xe A trở lại được vị trí ban đầu xuất phát thì chứng tỏ độ lớn lực từ vật B tác dụng lên vật A là cân bằng nhau. Thực nghiệm đã chứng minh những điều trên là đúng.

Nội dung của định luật III Newton Khi vật 1 tác dụng lên vật 2 một lực, thì vật 2 cũng tác dụng trở lại vật 1 một lực. Hai lực này là hai lực trực đối, cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn và điểm đặt khác nhau.Biểu thức của định luật III Newton

[vec{F_{12}}=-vec{F_{21}}]​

F$_{12}$: là lực do vật 1 tác dụng lên vật 2

F$_{21: }$là lực do vật 2 tác dụng lên vật 1

Bác nông dân, xe bò kéo và định luật III Newton ​

Vào một ngày đẹp trời, sau khi học xong bài định luật III Newton, một anh nông dân may mắn gặp được Newton và nói: Thưa ông Newton theo định luật III của ông thì con bò của tôi kéo xe bằng với lực của xe kéo con bò, vậy tại sao xe của tôi có thể chuyển động về phía con bò, định luật III Newton của ông chắc là sai rồi.

Theo bạn, Newton sẽ trả lời như thế nào?

2/ Khái niệm lực tác dụng và phản lực: Biểu thức của định luật III Newton:

[vec{F_{12}}=-vec{F_{21}}]​

chọn hệ quy chiếu gắn với vật 1 thì F$_{12}$ là lực tác dụng còn F$_{21}$ là phản lực và ngược lại. Đặc điểm của lực tác dụng dụng và phản lực

Lực và phản lực xuất hiện và mất đi đồng thời

Lực và phản lực là hai lực trực đối

vì sao chúng ta bật nhảy được ạ

khi bật nhảy ta tác dụng vào mặt đất một lực, đồng thời mặt đất cũng tác dụng lại chân ta một lực gọi là phản lực. Hai lực này cùng độ lớn cùng phương ngược chiều, lực do mặt đất tác dụng vào chân giúp ta có thể nhảy lên.

dạ em cảm ơn

Chúng ta hầu như không nghĩ về nó, nhưng trọng lực xác định cách chúng ta tương tác với thế giới của chúng ta. Chúng ta lớn lên trong giới hạn của nó, và cơ bắp, hệ thống cân bằng, tim và mạch máu đều phụ thuộc vào nó. Trọng lực theo nghĩa đen là căn cứ cho chúng ta – nhưng chính xác thì nó là gì?

Các nhà vật lý coi trọng lực là một trong bốn lực cơ bản chi phối vũ trụ, bên cạnh lực điện từ và lực hạt nhân mạnh và yếu. Một lực được định nghĩa là một tương tác làm thay đổi chuyển động của một vật thể, và vì vậy bốn lực này làm nền tảng cho tất cả các vật lý và xác định cách mọi thứ trong vũ trụ tương tác – từ sự tương tác vũ trụ rộng lớn của các thiên hà đến các liên kết chặt chẽ liên kết các hạt quark bên trong một proton hoặc neutron .

Trọng lực là yếu nhất trong số các lực này, nhưng đó là lực chúng ta đã biết từ lâu nhất. Trong nhiều thế kỷ, chúng ta biết rằng đôi chân của chúng ta được giữ trên mặt đất và các hành tinh được giữ trên quỹ đạo quanh Mặt trời. Ngay cả trước khi lực hấp dẫn được mô tả một cách toán học, nhà thiên văn học và nhà toán học thế kỷ 17, Julian Kepler đã xây dựng các định luật chính xác để dự đoán chuyển động của các hành tinh.

Thật không may, không ai có bất kỳ manh mối nào tại sao các hành tinh quay quanh vị trí đầu tiên.

Bước vào Isaac Newton, người nhận ra rằng phải có một lực tác động giữa các hành tinh và Mặt trời. (Ông cũng định nghĩa thế nào là một lực.) Có hay không một quả táo rơi thực sự đã thúc đẩy khoảnh khắc eureka của ông, phương trình ông đưa ra để mô tả hành vi của lực này là một cuộc cách mạng.

Nó hiểu rõ điều này: các vật thể càng lớn, lực hút giữa chúng càng lớn, nhưng chúng càng cách xa nhau, sức hút càng yếu.

Bằng cách cắm một vài con số vào phương trình này, chúng ta có thể mô tả và dự đoán gần như tất cả các hiện tượng hấp dẫn trên Trái đất cộng với chuyển động của các hành tinh, sao chổi và mặt trăng. Nó giải thích tại sao các ngôi sao tụ lại thành các thiên hà và tại sao các thiên hà tụ lại để tạo thành các cụm.

Nhưng phương trình không mô tả hoàn hảo mọi thứ chúng ta thấy – ví dụ, kích thước của những thay đổi dần dần trong quỹ đạo của Sao Thủy quanh Mặt trời. Và như chính Newton thậm chí tự hỏi, làm thế nào một lực có thể hoạt động tức thời ở khoảng cách thậm chí xuyên qua khoảng trống của không gian? Nguồn:cosmosmagazine.com

Bằng câu hỏi của bạn, tôi nghĩ bạn đã tự hỏi về sự khác biệt giữa định luật hấp dẫn và thuyết hấp dẫn.

Cả hai tồn tại.

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton là một bản tóm tắt các quan sát. Chúng ta hãy nhìn vào những gì mà pháp luật của Ý có nghĩa là. Ví dụ, giả sử, tôi là người đầu tiên nhận thấy rằng bất cứ khi nào nước nóng được đổ vào nước lạnh, nhiệt độ cuối cùng ở giữa nhiệt độ nóng và lạnh, tôi có thể đề xuất một luật, Luật Nhiệt độ hỗn hợp của Rob: bất cứ khi nào nóng và lạnh Hỗn hợp chất lỏng, nhiệt độ của hỗn hợp nằm giữa hai nhiệt độ ban đầu. Trên thực tế, điều đó tương đương với một trong những định luật nhiệt động lực học nên tôi không phải là người đầu tiên! Quan điểm là, Luật của Rob chỉ là một bản tóm tắt về một số sự kiện dường như có điểm chung. Nếu bạn hỏi tôi tại sao luật pháp hoạt động, tôi sẽ phải trả lời, tôi không biết. Nó chỉ có vẻ là một quy luật tự nhiên. Tôi sẽ xem liệu tôi có thể đưa ra một lý thuyết cho nó không.

Một lý thuyết là một lời giải thích được đề xuất cho pháp luật. Trên thực tế, Lý thuyết phân tử Kinetic cho rằng nhiệt độ là thước đo tốc độ chuyển động trung bình của các hạt cung cấp một lời giải thích cho Định luật Nhiệt độ hỗn hợp của Rob.

Vấn đề là, một luật là một bản tóm tắt các quan sát chỉ ra những gì dường như là một cái gì đó phổ biến về các quan sát. Một lý thuyết là một lời giải thích được đề xuất. Để trở thành một lý thuyết khoa học hợp lệ, lý thuyết phải được kiểm chứng. Nó nên đề xuất các thí nghiệm và dự đoán các câu trả lời sẽ chỉ ra một cách nếu lý thuyết đúng và một cách khác nếu không chính xác.

Trở lại trọng lực: Newton không thể nói lý do tại sao Định luật vạn vật hấp dẫn của ông hoạt động. Nó vừa làm. Dường như có một lực giữa tất cả các vật thể tỷ lệ thuận với tích của khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương của sự phân tách của chúng. Đó là lý do tại sao nó là một luật, không phải là một lý thuyết.

Năm 1915, Einstein đã xuất bản Lý thuyết tương đối rộng. Nó bao gồm một lời giải thích cho trọng lực.

Vì vậy, câu trả lời cho dù trọng lực là một định luật hay một lý thuyết phụ thuộc vào những gì bạn đang tìm kiếm. Một tuyên bố về lực rõ ràng giữa các vật thể có khối lượng, Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, là một định luật. Một giả thuyết về cách lực hấp dẫn hoạt động, vì lý do tại sao khối lượng dường như thu hút lẫn nhau ở khoảng cách xa, đi kèm trong Lý thuyết tương đối rộng của Einstein. Đó là lý thuyết hiện tại về trọng lực.

Mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm này kiểm chứng định luật III Newton trong tương tác đàn hồi, rằng lực và phản lực luôn sinh ra theo cặp trên hai vật tương tác, có độ lớn bằng nhau và có hướng ngược chiều nhau. Tổng quát hơn, thí nghiệm khẳng định sự đúng đắn của định luật bảo toàn động lượng, động lượng truyền cho vật này cũng bằng với động lượng của vật kia bị mất đi.

Lý thuyết

Xét một va chạm xảy ra hai vật khối lượng m_1 và m_2. Trước và sau va chạm, mỗi vật chuyển động thẳng đều không gia tốc. Khi xảy ra va chạm, lực tương tác xuất hiện và gây ra gia tốc cho mỗi vật. Gọi vec{a_1}(t), vec{a_2}(t) lần lượt là hàm số gia tốc của mỗi vật trong giai đoạn xảy ra tương tác. Trong suốt giai đoạn tương tác này mỗi vật thay đổi vận tốc một lượng bằng:

begin{aligned}Deltavec{v_1}&=intlimits_{t_1}^{t_2}{vec{a_1}(t),dt},\Deltavec{v_2}&=intlimits_{t_1}^{t_2}{vec{a_2}(t),dt}.end{aligned}

với t_1, t_2 – thời điểm bắt đầu và kết thúc va chạm. Như vậy mỗi vật có biến thiên động lượng:

begin{aligned}Delta vec{p_1}&=m_1Delta v_1=m_1intlimits_{t_1}^{t_2}{vec{a_1}(t),dt}=intlimits_{t_1}^{t_2}{m_1vec{a_1}(t),dt},\Delta vec{p_2}&=m_2Delta v_2=m_2intlimits_{t_1}^{t_2}{vec{a_2}(t),dt}=intlimits_{t_2}^{t_2}{m_2vec{a_2}(t),dt}.end{aligned}

Theo định luật II Newton:

Deltavec{p_1}=intlimits_{t_1}^{t_2}{vec{F_1}(t),dt},tag{1}

Deltavec{p_2}=intlimits_{t_2}^{t_2}{vec{F_2}(t),dt},tag{2}

với vec{F_1}(t) và vec{F_2}(t) là lực tác dụng lên mỗi vật tại thời điểm t.

Theo định luật bảo toàn động lượng, tổng biến thiên động lượng trong va chạm phải bằng 0, có nghĩa một vật được truyền thêm động lượng thì vật kia phải mất đi đúng một động lượng chừng đó:

Deltavec{p_1}=-Deltavec{p_2},

hay:

intlimits_{t_1}^{t_2}{vec{F_1}(t),dt}=-intlimits_{t_1}^{t_2}{vec{F_2}(t),dt}.tag{3}

Đẳng thức (3) diễn tả hệ quả quan trọng nhất của định luật bảo toàn động lượng trong va chạm. Biểu thức trên mỗi vế ta còn gọi là xung lực tác dụng lên mỗi vật. Như vậy để động lượng được bảo toàn, các xung lực phải bằng nhau về độ lớn và ngược nhau về hướng.

Đối với những hệ có kích thước nhỏ, có thể bỏ qua quá trình lan truyền xung lượng (sóng), người ta thường đặt luôn:

vec{F_1}(t)=-vec{F_2}(t).

Có nghĩa tại mọi thời điểm trong va chạm, lực và phản lực luôn bằng nhau về độ lớn, ngược nhau về hướng. Đó cũng là nội dung của định luật III Newton. Phép đặt này về mặt toán học giúp cho định luật bảo toàn động lượng luôn nghiệm đúng. Mặt khác nó cũng giúp cho việc giải các bài toán trở nên đơn giản hơn rất nhiều, đặc biệt trong tĩnh học. Tuy nhiên cần nhấn mạnh rằng, định luật III Newton là hệ quả của một định luật phổ quát bậc nhất trong tự nhiên: định luật bảo toàn động lượng. Do vậy cần lưu ý về giới hạn áp dụng của định luật này.

Nguyên lý phép đo

Để kiểm tra định luật III Newton, xem lực và phản lực có bằng nhau và ngược hướng hay không, ta chỉ cần biết lực hoặc gia tốc mỗi vật chịu tác dụng. Thực vậy, lực và gia tốc có mối liên hệ mật thiết thông qua khối lượng:

vec{F}=mvec{a}.

Có hai cách để biết được gia tốc.

– Cách thứ nhất là thu thập dữ liệu toạ độ theo thời gian, rồi đạo hàm toạ độ cho ra vận tốc, đạo hàm vận tốc sẽ cho ra gia tốc. Đó cũng là phương pháp sử dụng trong thí nghiệm № 112, khi vị trí mỗi vật được quan sát qua VideoCom. Trong bài № 113A – Chuyển động thẳng dưới tác dụng của lực không đổi, toạ độ được lấy thông qua cảm biến quang học lắp trên ròng rọc.

– Cách thứ hai giúp đo gia tốc là sử dụng trực tiếp gia tốc kế, một loại cảm biến lực hoạt động trên cơ sở lực quán tính gây ra biến dạng cơ học.

Sự va chạm trong thí nghiệm này lại diễn ra khá nhanh. Hơn nữa, độ biến dạng khi va chạm lại khá nhỏ. Việc ghi lại toạ độ và suy ra gia tốc theo đạo hàm hai lần không khả thi. Cho nên cách đo bằng gia tốc kế được lựa chọn. Quả thực, cảm biến gia tốc là một công cụ cực nhạy, cho phép theo dõi gia tốc ngay cả trong những diễn biến nhanh nhất.

Thiết bị thí nghiệm khá đơn giản, gồm hai xe trượt khối lượng m_1, m_2 đặt trên thanh ray như hình 1 miêu tả. Sau mỗi xe có gắn thêm một gia tốc kế. Mỗi gia tốc kế này khi kết nối máy tính sẽ cho ra giá trị của gia tốc mỗi xe liên tục theo thời gian. Như vậy, ta luôn có hàm số gia tốc a_1(t) và a_2(t).

Ta sẽ để xe 2 đứng yên ở trạng thái ban đầu, còn xe 1 đẩy tới va chạm. Giá trị gia tốc a_1 và a_2 luôn truyền về máy tính và tự động vẽ thành đồ thị như hình 2. Đồ thị chỉ ra những giai đoạn sau đây:

– Xe 1 chuyển động thẳng đều, a_1=0. Xe 2 tạm thời đứng yên.

– Sau va chạm hai xe tiếp tục chuyển động thẳng đều, khi a_1=0, a_2=0.

Điều ta quan tâm nhất chính là giai đoạn xảy ra tương tác. Theo định luật III Newton, lực và phản lực khi tương tác phải bằng nhau. Thực tế ta cũng luôn có hàm số của lực tác dụng lên mỗi xe:

begin{aligned}F_1(t)&=m_1a_1(t).\F_2(t)&=m_2a_2(t).end{aligned}

Do vậy, so sánh F_1 và F_2 trong giai đoạn tương tác, ta có thể kiểm tra định luật III Newton.

Quy trình thí nghiệm

Thiết lập thí nghiệm

Bố trí thiết bị thí nghiệm như hình 1, để ý sắp xếp các dây dẫn tín hiệu sao cho các xe không bị vướng víu khi chuyển động. Khởi động phần mềm CASSY Lab 2, dùng chuột để khai báo cổng đầu vào cho cảm biến như ô tròn màu đỏ trên hình 3.

Tại khung Settings (hình 4), khai báo biến số cần đo là Acceleration a_{A1} (a=F/m) và Acceleration a_{B1} (a=F/m). Điều này sẽ giúp ta thu được giá trị gia tốc a_1 và a_2 liên tục theo thời gian thông qua gia tốc kế.

Nhấp chuột vào Acceleration a_{A1} trên khung Setting để xuất hiện khung tuỳ chọn như hình 5. Ta thiết lập các tham số sau đây:

– Meas. time: giới hạn thời gian đo khoảng 1.5 s, có nghĩa việc thu thập dữ liệu sẽ tự động dừng lại sau khi khởi động phép đo 1.5 s. – Interval: chọn khoảng thời gian giữa hai lần đọc dữ liệu liên tiếp là 1 ms. – Trigger: kích hoạt Trigger với a_{A1}=0.3,mathrm{m/s^2}, Rising. Điều này sẽ giúp phần mềm có khả năng tự khởi động quá trình ghi dữ liệu khi xe 1 bị đẩy về phía trước.

Gia tốc kế 2 cắm vào xe 2 từ phía bên phải, do đó giá trị xuất ra của gia tốc a_2 sẽ bị trái dấu. Hơn nữa cảm biến này kém nhạy hơn gia tốc kế 1 khoảng 1.2 lần. Để khắc phục lỗi này, cần nhấp chuột vào Acceleration a_{B1} trên khung Setting, kích vào Correct (hình 5) để hiện ra khung Correct Measured Values như hình dưới. Nhập giá trị -1.2 vào ô Factor rồi nhấp Correct Factor, Close.

Khảo sát va chạm đàn hồi

Ta sẽ khảo sát 3 trường hợp va chạm tương ứng với 3 cặp khối lượng m_1 và m_2 khác nhau.

– Trường hợp 2: m_1approx m_2 – Trường hợp 3: m_1<m_2

Khối lượng được đo bằng cân.

Trong mỗi trường hợp ta tiến hành quy trình thu thập dữ liệu va chạm sau đây:

– Đặt xe 2 khoảng gần giữa thanh ray, có thể hơi chếch về bên phải một chút. – Kéo xe 1 về gần rìa bên trái của thanh ray. – Vào Acceleration a_{A1} trên khung Setting, nhấp chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để thiết lập cho a_1=0. Tương tự vào Acceleration a_{B1} , nhấp chuột vào nút rightarrow 0leftarrow để thiết lập cho a_2=0. – Vào Menu Measurement, chọn Start/Stop Measurement để khởi động quá trình đo cho phần mềm CASSY Lab 2. Chương trình máy tính tạm thời sẽ ở chế độ chờ. – Đẩy xe 1 chạy về phía bên phải. Cú đẩy cần nhanh gọn, nhẹ nhàng, buông tay sớm. Cảm biến gia tốc sẽ thu được giá trị vượt ngưỡng trigger (0.3,mathrm{m/s^2}) làm phép đo được kích hoạt. *Lưu ý đẩy vào xe nhưng không đẩy nhầm vào gia tốc kế gắn ở đuôi xe.

Đồ thị gia tốc theo thời gian a_1(t) và a_2(t) được vẽ ra trực tiếp như hình 2. Chụp ảnh màn hình giao diện lúc này của phần mềm, lưu lại.

Nhìn vào các đồ thị a_1(t) và a_2(t) trên phần mềm, ta đánh dấu thời điểm bắt đầu tương tác và kết thúc tương tác để sao chép 3 cột dữ liệu t, a_1 và a_2 vào file Excel, sao cho dữ liệu chỉ thuộc giai đoạn tương tác. Nhớ ghi chú rõ khối lượng m_1 và m_2. Dữ liệu trình bày như hình 7 bên dưới.

Xử lý dữ liệu

Có được dữ liệu thực nghiệm a_1(t) và a_2(t) tại mỗi thời điểm, ta có thể tính được lực tác dụng lên mỗi xe trượt tại thời điểm ấy nhờ định luật II Newton:

begin{aligned}F_1(t)&=m_1a_1(t).\F_2(t)&=m_2a_2(t).end{aligned}

Cách tính trên Excel miêu tả như hình 7.

Động lượng mỗi vật thu được tính theo tích phân (1) và (2):

begin{aligned}Delta p_1&=intlimits_{t_1}^{t_2}{F_1(t),dt}approxsumlimits_{t_1}^{t_2}{F_1(t)Delta t}.\Delta p_2&=intlimits_{t_1}^{t_2}{F_2(t),dt}approxsumlimits_{t_1}^{t_2}{F_2(t)Delta t}.end{aligned}

Trên Excel tính từng giá trị F_1(t)Delta t và F_2(t)Delta t theo từng ô như minh hoạ trên hình 8, rồi tính tổng bằng hàm Sum.

Vẽ đồ thị a_1(t) và a_2(t) trên cùng một hệ trục. Tương tự vẽ đồ thị F_1(t) và F_2(t) trên cùng một hệ trục. Nêu nhận định và giải thích kết quả thu được. So sánh động lượng mỗi xe nhận được trong tương tác.

Hình 9, 10 thể hiện dạng đồ thị tham khảo của gia tốc và lực tương tác. Phần diện tích bên trên và bên dưới của đồ thị hình 10 thể hiện phần động lượng mà mỗi xe nhận được.