Giải Vật Lý 10 Bài 10. Ba định luật Niu - tơn

Bài 10. CÁC ĐỊNH LUẬT NIUTƠN
A. KIẾN THỨC CẨN NẮM VỮNG
Định luật I Niutơn
Phát biểu dinh luật
Nếu không chịu tác dụng của một lực nào hoặc nếu chịu tác dụng cúa các lực cân bàng, một vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyến động thẳng đều.
Quản tính
Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn vận tốc cả về hướng và độ lơn.
Định luật I Niutơn còn gọi là định luật quán tính và chuyến động thẳng đều được gọi là chuyên động theo quán tính.
DỊnh lúật II Nỉutơn
Phát biểu định luật
Gia tốc cúa một vật tí lệ thuận với lực tác dụng vào vật và ti lệ nghịch với khỏi lượng của nó. Biểu thức viết dưới dạng vectơ:
, F
á = —
m
Trong trường hợp vật chịu nhiều lực đồng quy tác dụng thì gia tốc của vật được xác định bởi hợp lực Fill của các lực đó:
111
Khối lượng và mức quản tính
Khôi lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính cúa vật. Tính .chát của khôi lượng:
+ Khôi lượng là một đại lượng vô hướng, dương và không đổi đôi với mỗi vật.
+ Khối lượng có tính chất cộng; Khi nhiều vật được ghép lại thành một hệ vật thì khói lượng cua hệ bàng tống khối lượng của các vật đó.
Trọng lực. Trọng lưựng
Trọng lực là lực hút của Trái Đất vào các vật, gây ra cho chúng gia tốc rơi tự do, kí hiệu là P.
ơ gần mặt đất, trọng lực có phương thắng đứng, chiều từ trên xuống và đặt vào một điếm gọi là trọng tâm của vật.
Độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật gọi là trọng lượng, kí hiệu là p.
Đo trọng lượng của vật bàng lực kế.
Công thức trọng lực: p = mg
Định luật III Niuto'n
Định luật III Niutơn
Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng vào vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối, nghĩa là chúng cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều.
Biếu thức định luật: Fab = -F1!A
Lực vù phản lực
Một trong hai lực tương tác giữa hai vật được gọi là lực tác dụng, còn lực kia gọi là phản lực.
Những đặc điếm của lực và phản lực
Lực và phán lực luôn luôn xuất hiện và mất đi đồng thời.
Lực và phản lực bao giờ cũng cùng loại. Chẳng hạn nếu một vật tác dụng lên một vật khác một lực ma sát thì nó cũng chịu một phán lực ma sát từ phía vật kia.
Lực và phản lực không thế cân bằng nhau, vì chúng đặt vào hai vật khác nhau.
B. TRẲ LỜI CÂU HỒI
Cl. Tại sao xe đạp chạy được thêm một quãng đường nữa mặc dù ta đã ngừng đạp? Tại sao khi nhảy từ bậc cao xuống, phải gập chân lại?
Trả lời
Xe đạp vần chạy một đoạn nữa mới dừng mặc dù ta ngừng đạp là do quán tính (xe ngừng là do ma sát).
Khi nhảy từ bậc cao xuông, ta phải gập chân để giầm lực do quán tính tác dụng lên chân.
C2. Cho hai vật chịu tác dựng của những lực có độ lớn như nhau. Hãy vận dụng định luật II Newton đề suy ra rằng, vật nào có khôi lượng lớn hơn thì khó làm thay đổi vận tốc của nó hơn, tức là có mức quán tính lớn hơn.
Trả lời
Khi hai vật chịu tác dụng của những lực có độ lớn như nhau thì theo định luật II Newton ta có:
Fl = npai và F2 = m2a2
Giả sử: F1 = F2 và mi > m2
F F,
thì	—- > — => a2 > a!
a,
, 3/.	Av2 .Av.	A..
do đó:	—— > —— => Av, > Av.
At At 21
Vậy 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.
C3. Tại sao máy bay phải chạy một quãng đường dài trên đường băng mới cất cánh được?	‘
Trả lời
Vì máy bay có khôi lượng lớn nên muôn thay đổi vận tốc từ không lên đủ để cất cánh thì phải có thời gian và trải qua một quãng đường dài.
.	.	P, _ 111,
C4. Hãy giải thích tại sao ở cùng một nơi ta luôn có —1	L.
P, m2
Trả lời
Cồng thức trọng lực tại một nơi khi vật rơi tự do là: p = mg
Nên đôi vứi mi và m2 ta có: P] = Hìig và p2 = m2g
~	, z P,	111.	. '	, s
Suy ra ta có ti sô —- = —- tại cùng một nơi có cùng g.
P2 m2
C5. Hãy vận dụng định luật III Newton vào ví dụ dùng búa đóng đinh vào một khúc gỗ (hình 10.5 SGK) đế trả lời các câu hỏi sau đây:
Có phâi búa tác dụng lên đinh còn đinh không tác dụng lên búa? Nói một cách khác lực có thể xuất hiện đơn Ịẻ được không?
Nếu đinh tác dụng lên búa một lực có độ lớn bằng lực mà búa tác dụng lên đinh thì tại sao búa lại hầu như đứng yên? Nói một cách khác, cặp “lực và phản lực” có cân bằng nhau không?
Trả lời
Theo định luật III Newton, khi búa tác dụng lên đinh một lực Fl2 thì đinh cũng tác dụng lên búa một lực F2I ngược chiều và cùng độ lớn.
p p _	 Av, _ Av.
E, =-F,, => miax = m2a2 => m. —L = m, —
12	21	1 At 2 At
- Khi gọi khôi lượng của búa là mi và của đinh là m2, ta có do mi » m2 nên Avi » Av2. Như vậy do khối lượng của đinh rất nhỏ nên xem như búa đứng yên còn đinh bị đóng vào.
GIẢI BÀI TẬP
1. Một vật đang chuyến động với vận tô’c 3m/s. Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên nó mất đi thì:
Vật dừng lại ngay.
Vật đổi hướng chuyến động.
Vật chuyến động chậm dần rồi mới dừng lại.
D. Vật tiếp tục chuyến động theo hướng cũ với vận tốc 3m/s.
Giải
Chọn đáp Ún D. Vật tiếp tục chụyến động theo hướng cũ với vận tốc 3m/s.
(Nếu bỗng nhiên các lực tác dụng lên vật mất đi thì không có lực làm tảng hoặc giảm vận tốc của vật. Do vậy vật vẫn chuyến động với vận tốc cũ).
Câu nào đúng?
Nếu không chịu lực nào tác dụng thì mọi vật phải đứng yên.
Nếu không còn lực nào tác dụng lên vật nừa thì vật đang chuyến động sẽ lập tức dừng lại.
c. Vật chuyến động được là nhờ có lực tác dụng lên nó.
D. Khi thấy vận tốc của vật thay đối thì chắc chắn đã có lực tác dụng lên nó.
Giải
Chọn đáp án D. Khi thấy vận tốc cúa vật thay đổi thì chắc chắn đà có lực tác dụng lên nó.
Một vật đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang. Tại sao có thể khẳng định rằng bàn đà tác dụng một lực lên nó?
Giải
Khi vật nằm yên trên bàn có nghĩa là vật đang ỏ' trạng thái cân bằng, trọng lực của vật tác dụng lên bàn cân bằng với phản lực của bàn tác dụng vào vật, nếu không bàn sẽ sập xuống.
Ta có công thức: N + P = 0=>N = P
p chính là lực tác dụng lên vật.
Trong các cách viết công thức định luật II Newton sau đây, cách viết nào đúng?
A. F = ma.	B. F = -mã
c. F = mã	D. '-F = -mã
Giải
Chọn đáp án c. F = mã
Một vật có khối lượng 8kg trượt xuống một mặt phẳng nghiêng nhẵn với gia tốc 2m/s2. Lực gây ra gia tốc này bằng bao nhiêu? So sánh độ lớn của lực này với trọng lượng của vật. Lấy g = 10m/s2.
A. 1,6N - Nhỏ hơn.	B. 16N - Nhỏ hơn.
c. 160N - Lớn hơn.	D. 4N - Lớn hơn.
Giai
Lực làm cho vật chuyển dộng xuống là:
F = ma = 8.2 = 16 (N)
Trọng lưựng của vật là:
p = mg = 8.10 = 80 (kg)
Ta có: p > F nên trọng lưựng lớn hơn lực.
Vậy chọn đáp án lỉ.
Một qua bóng có khối lượng 0,5kg đang nằm yên trên mặt đất. Một cầu thủ đá bóng với một lực 250N. Thời gian chân tác dụng vào bóng là 0.02s. Quả bóng bay đi với tóc độ nào?
A. 0,01m/s.	B. o,lm/s.
c. 2,5m/s.	D. lOm/s.
Giai
Theo định luật II Newton ta có lực tác dụng của chân vào bóng là:
p	 .... „ _ v-v„	V
r = ma vói a = ——- = — (v0 = 0) At	At
Suy ra: F = m—— => V = ■ At	m
,	250.0.02
Vận tốc quả bóng bay đi là: V - ——— = 10 (m/s).
0.5
Vậy chọn đáp án D.
1. Trong một tai nạn giao thông, một ó tô tải đâm vào một ô tô con đang chạy ngược chiều. 0 tô nào chịu lực lớn hơn? 0 tô nào nhận được gia tốc lớn hơn? Hãy giải thích.
Giải
Theo định luật III Newton Fp - - F21. Khi ô tô tải tác dụng một lực vào ô tô con thì ô tô cũng tác dụng một lực vào ô tô tải có cùng độ lớn nhưng ngược chiều. Gọi ID1, m2 lần lượt là khối lượng của ô tô con và ô tô tải.
Ta có: Fp = -F?I => miai = m2a2
=> a2 = -°-.
m2
Từ mi < m2 suy ra a2 < a! hay gia tốc của ô tô tải nhỏ hơn gia tốc của ô tô con.
Đê xách một túi đựng thức ăn, một người tác (lụng vào túi một lực bàng 40N hướng lên trên. Hãy miêu tá phán lực (theo định luật III Newton) bàng cách chi ra:
Độ lớn của phản lực.
Hướng của phản lực.
Phản lực tác dụng lên vật nào.
Vật nào gây ra phàn lực này?
Giai
Theo định luật III Newton thì Fr = -Ẹ|, khi người tác dụng vào túi một lực 40N thì phán lực có độ lớn cũng bằng 40N.
Hướng cùa phản lực ngược chiều với lực tác dụng cúa tay. Như vậy hướng của xuống dưới đất.
Phán lực tác dụng lên tay người xách túi.
Chính túi xách đựng thức ăn gây ra phản lực này.
Hãy chỉ ra cặp lực và phản lực trong các tình huống sau:
Ỏ tô đâm vào thanh chắn đường.
Thủ môn bắt bóng.
Gió đập vào cánh cửa.
Giải
Ô tô là lực khi đâm vào thanh chắn; thanh chắn là phản lực tác dụng vào ồ tô.
Bóng bay đến tác dụng lực vào tay; tay tạo ra phản lực tác dụng vào bóng.
Gió tác dụng lực lên cánh cửa; cánh cua tác dụng phản lực lại gió.