Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
- I. GIỚI THIỆU VỀ 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
- 1. Isaac Newton và những định luật bất hủ
- 2. Tầm quan trọng của 3 định luật Newton
- 3. Tổng quan về 3 định luật
- II. ĐỊNH LUẬT I NEWTON – ĐỊNH LUẬT QUÁN TÍNH
- 1. Phát biểu chính thức
- 2. Công thức toán học
- 3. Khái niệm quán tính
- 4. Ví dụ thực tế về định luật I
- 5. Hệ quy chiếu quán tính
- 6. Điều kiện cân bằng
- III. ĐỊNH LUẬT II NEWTON – ĐỊNH LUẬT VỀ GIA TỐC
- 1. Phát biểu chính thức
- 2. Công thức cơ bản
- 3. Ý nghĩa vật lý của định luật II
- 4. Biến đổi công thức
- 5. Trường hợp nhiều lực tác dụng
- 6. Ví dụ minh họa
- 7. Ứng dụng của định luật II
- 8. Mối liên hệ với định luật I
- IV. ĐỊNH LUẬT III NEWTON – ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG VÀ PHẢN TÁC DỤNG
- 1. Phát biểu chính thức
- 2. Công thức toán học
- 3. Năm đặc điểm của cặp lực – phản lực
- 4. Ví dụ thực tế minh họa
- 5. Phân biệt lực cân bằng và lực – phản lực
- 6. Ứng dụng của định luật III
- V. BẢNG TỔNG HỢP 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
- A. So sánh chi tiết 3 định luật
- B. Công thức chi tiết
- C. Khi nào dùng định luật nào?
- D. Mối liên hệ giữa 3 định luật
- VI. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
- 1. Quy trình giải bài tập 5 bước
- 2. Các dạng bài tập điển hình
- 3. Lưu ý quan trọng khi giải bài
- VII. BÀI TẬP MẪU CÓ LỜI GIẢI CHI TIẾT
- VIII. MẸO VÀ LƯU Ý KHI HỌC 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
- 1. Các sai lầm thường gặp
- 2. Mẹo ghi nhớ 3 định luật
- 3. Bảng tra cứu nhanh
- IX. KẾT LUẬN
- Công thức quan trọng nhất
- Thứ tự học hiệu quả
Ba định luật Newton là nền tảng của cơ học cổ điển, giải thích mọi chuyển động trong vũ trụ từ quả táo rơi đến hành tinh quay quanh Mặt Trời. Bài viết này sẽ trình bày chi tiết 3 định luật Newton, bao gồm định luật 1 Newton, định luật 2 Newton và định luật 3 Newton, cùng với các ứng dụng thực tế và phương pháp giải bài tập.
I. GIỚI THIỆU VỀ 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
1. Isaac Newton và những định luật bất hủ
Sir Isaac Newton (1643-1727) là một trong những nhà khoa học vĩ đại nhất mọi thời đại. Ông là nhà vật lý, toán học, thiên văn học người Anh, người đã thay đổi hoàn toàn cách con người hiểu về vũ trụ.
Công trình nổi bật:
- Công bố ba định luật chuyển động trong tác phẩm bất hủ “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica” (Các Nguyên lý Toán học của Triết học Tự nhiên) năm 1687
- Phát triển giải tích vi phân và tích phân
- Phát hiện định luật vạn vật hấp dẫn
- Nghiên cứu về quang học và ánh sáng
Câu chuyện nổi tiếng: Quả táo rơi đã truyền cảm hứng cho Newton khám phá ra lực hấp dẫn – lực làm quả táo rơi xuống và cũng là lực giữ Mặt Trăng trên quỹ đạo.
2. Tầm quan trọng của 3 định luật Newton
Ba định luật Newton có vai trò then chốt trong khoa học:
Trong vật lý:
- Là nền tảng của cơ học cổ điển
- Giải thích mọi chuyển động từ vật rơi tự do đến chuyển động hành tinh
- Tiền đề cho các ngành vật lý hiện đại (mặc dù cần điều chỉnh ở tốc độ gần ánh sáng hoặc cấp độ lượng tử)
Trong kỹ thuật:
- Thiết kế máy móc, phương tiện giao thông
- Xây dựng công trình (cầu, nhà cao tầng)
- Kỹ thuật hàng không vũ trụ
Trong đời sống:
- Giải thích các hiện tượng hàng ngày
- Ứng dụng trong thể thao
- An toàn giao thông
3. Tổng quan về 3 định luật
Ba định luật Newton bổ sung cho nhau, tạo thành hệ thống hoàn chỉnh để mô tả chuyển động:
| Định luật | Tên gọi | Ý chính | Công thức |
|---|---|---|---|
| Định luật I | Quán tính | Vật giữ nguyên trạng thái khi không có lực | $\sum F = 0$ |
| Định luật II | F = ma | Lực tạo ra gia tốc | $F = ma$ |
| Định luật III | Tác dụng – Phản tác dụng | Lực luôn xuất hiện thành cặp | $F_{AB} = -F_{BA}$ |
Mối liên hệ:
- Định luật I giải thích trạng thái của vật
- Định luật II giải thích sự thay đổi trạng thái
- Định luật III giải thích nguồn gốc của lực
II. ĐỊNH LUẬT I NEWTON – ĐỊNH LUẬT QUÁN TÍNH
1. Phát biểu chính thức
“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, và vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.”
Nói cách khác: Mọi vật có xu hướng bảo toàn trạng thái chuyển động của mình.
2. Công thức toán học
Dạng tổng quát:
$$\sum \vec{F} = \vec{0} \Rightarrow \vec{v} = \text{const}$$
Hoặc viết theo gia tốc:
$$\sum \vec{F} = \vec{0} \Rightarrow \vec{a} = \vec{0}$$
Ý nghĩa:
- Khi tổng các lực bằng 0
- Gia tốc bằng 0
- Vận tốc không đổi (có thể bằng 0 hoặc khác 0)
Hai trường hợp:
- Vật đứng yên ($v = 0$) → tiếp tục đứng yên
- Vật chuyển động ($v \neq 0$) → tiếp tục chuyển động thẳng đều
3. Khái niệm quán tính
Định nghĩa: Quán tính là tính chất của mọi vật có xu hướng bảo toàn trạng thái chuyển động (đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều) của mình.
Đặc điểm quan trọng:
✓ Mọi vật đều có quán tính – Không vật nào ngoại lệ
✓ Khối lượng đo quán tính – Khối lượng càng lớn, quán tính càng lớn
✓ Quán tính không phải lực – Đây là tính chất, không phải tác dụng
Mối liên hệ giữa khối lượng và quán tính:
- Vật khối lượng lớn (xe tải): Khó thay đổi trạng thái chuyển động
- Vật khối lượng nhỏ (xe đạp): Dễ thay đổi trạng thái chuyển động
4. Ví dụ thực tế về định luật I
Ví dụ 1: Hành khách trên xe buýt
Đây là ví dụ kinh điển minh họa quán tính:
Khi xe phanh gấp:
- Xe giảm tốc độ đột ngột
- Cơ thể hành khách do quán tính vẫn muốn tiếp tục chuyển động về phía trước
- Kết quả: Người bị hất về phía trước
Khi xe tăng tốc đột ngột:
- Xe tăng vận tốc nhanh
- Cơ thể hành khách do quán tính muốn giữ nguyên trạng thái (chậm hơn xe)
- Kết quả: Người bị ngả về phía sau
→ Ứng dụng: Đây là lý do tại sao phải thắt dây an toàn khi đi xe!
Ví dụ 2: Giũ bụi khỏi quần áo
- Khi vỗ mạnh quần áo, quần áo chuyển động
- Bụi do quán tính vẫn giữ nguyên vị trí cũ
- Kết quả: Bụi bay ra khỏi quần áo
Ví dụ 3: Kéo khăn trải bàn
Nếu kéo khăn đủ nhanh:
- Khăn chuyển động với gia tốc lớn
- Đồ vật trên bàn do quán tính vẫn giữ nguyên
- Kết quả: Có thể rút khăn mà không làm đổ đồ vật
Ví dụ 4: Tàu vũ trụ trong không gian
- Không có lực ma sát không khí
- Tàu vũ trụ tắt động cơ vẫn tiếp tục chuyển động thẳng đều
- Đây là ví dụ hoàn hảo của định luật I
5. Hệ quy chiếu quán tính
Định nghĩa: Hệ quy chiếu quán tính là hệ quy chiếu mà trong đó định luật I Newton được nghiệm đúng.
Ví dụ về hệ quy chiếu quán tính:
- Mặt đất (xấp xỉ – bỏ qua chuyển động quay của Trái Đất)
- Tàu, xe chuyển động thẳng đều
- Vệ tinh quay đều quanh Trái Đất (xấp xỉ)
Ví dụ về hệ KHÔNG phải quán tính:
- Xe đang tăng tốc hoặc phanh
- Thang máy đang khởi động hoặc dừng lại
- Vòng quay (đu quay, vòng xiếc)
Lưu ý: Ba định luật Newton chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính.
6. Điều kiện cân bằng
Để vật ở trạng thái cân bằng (đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều), điều kiện là:
$$\sum \vec{F} = \vec{F_1} + \vec{F_2} + \vec{F_3} + … + \vec{F_n} = \vec{0}$$
Ví dụ minh họa: Quyển sách nằm yên trên bàn
Phân tích lực:
- Trọng lực: $\vec{P} = m\vec{g}$ (hướng xuống dưới)
- Phản lực từ bàn: $\vec{N}$ (hướng lên trên)
Điều kiện cân bằng: $$\vec{P} + \vec{N} = \vec{0}$$
$$N = P = mg$$
Vì tổng lực bằng 0 nên sách đứng yên (tuân theo định luật I).
III. ĐỊNH LUẬT II NEWTON – ĐỊNH LUẬT VỀ GIA TỐC
Đây là định luật quan trọng nhất và được sử dụng nhiều nhất trong các bài toán cơ học.
1. Phát biểu chính thức
“Gia tốc của một vật tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật. Gia tốc có cùng hướng với lực tác dụng.”
2. Công thức cơ bản
Dạng vectơ:
$$\vec{F} = m\vec{a}$$
Dạng vô hướng (độ lớn):
$$F = ma$$
Trong đó:
- $\vec{F}$: Hợp lực tác dụng lên vật (Newton – N)
- $m$: Khối lượng của vật (kilogram – kg)
- $\vec{a}$: Gia tốc mà vật thu được (m/s²)
Lưu ý cực kỳ quan trọng: $\vec{F}$ trong công thức là hợp lực (tổng vectơ của tất cả các lực), không phải một lực đơn lẻ!
3. Ý nghĩa vật lý của định luật II
Định luật II cho ta ba thông tin quan trọng:
a) Lực tỉ lệ thuận với gia tốc:
Khi giữ nguyên khối lượng:
- Lực tăng gấp đôi → Gia tốc tăng gấp đôi
- Lực tăng 3 lần → Gia tốc tăng 3 lần
Ví dụ:
- Đẩy xe với lực 10N → gia tốc 2 m/s²
- Đẩy xe với lực 20N → gia tốc 4 m/s²
b) Gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng:
Khi giữ nguyên lực:
- Khối lượng tăng gấp đôi → Gia tốc giảm một nửa
- Khối lượng tăng 3 lần → Gia tốc giảm 3 lần
Ví dụ:
- Đẩy xe 50kg với lực 100N → gia tốc 2 m/s²
- Đẩy xe 100kg với lực 100N → gia tốc 1 m/s²
c) Gia tốc cùng hướng với lực:
Vectơ gia tốc $\vec{a}$ luôn cùng phương, cùng chiều với vectơ hợp lực $\vec{F}$.
4. Biến đổi công thức
Từ công thức $F = ma$, ta có thể suy ra:
Tính lực: $$F = ma$$
Tính khối lượng: $$m = \frac{F}{a}$$
Tính gia tốc: $$a = \frac{F}{m}$$
5. Trường hợp nhiều lực tác dụng
Khi vật chịu tác dụng của nhiều lực $\vec{F_1}, \vec{F_2}, \vec{F_3}, …$, ta phải tính hợp lực trước:
Công thức tổng quát:
$$\vec{F}_{hợp} = \vec{F_1} + \vec{F_2} + \vec{F_3} + … = m\vec{a}$$
Phương pháp giải:
Bước 1: Chọn hệ trục tọa độ Oxy
Bước 2: Chiếu các lực lên trục Ox: $$F_{1x} + F_{2x} + F_{3x} + … = ma_x$$
Bước 3: Chiếu các lực lên trục Oy: $$F_{1y} + F_{2y} + F_{3y} + … = ma_y$$
Bước 4: Giải hệ phương trình
6. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Một lực tác dụng
Đề: Một người đẩy xe hàng có khối lượng 50 kg với lực 100N theo phương ngang. Bỏ qua ma sát. Tính gia tốc của xe.
Giải:
Áp dụng định luật II Newton: $$a = \frac{F}{m} = \frac{100}{50} = 2 \text{ m/s}^2$$
Ví dụ 2: Nhiều lực cùng phương
Đề: Một vật có khối lượng 10 kg chịu tác dụng của hai lực cùng phương ngang: $F_1 = 30$N (hướng sang phải), $F_2 = 10$N (hướng sang trái). Tính gia tốc.
Giải:
Chọn chiều dương sang phải.
Hợp lực: $$F_{hợp} = F_1 – F_2 = 30 – 10 = 20 \text{ N}$$
Gia tốc: $$a = \frac{F_{hợp}}{m} = \frac{20}{10} = 2 \text{ m/s}^2$$
Gia tốc hướng sang phải (chiều dương).
7. Ứng dụng của định luật II
Định luật II Newton được ứng dụng rộng rãi:
Trong kỹ thuật:
- Tính lực cần thiết để tăng tốc phương tiện
- Thiết kế hệ thống phanh (tính lực phanh cần thiết)
- Tính toán động cơ (công suất cần thiết)
Trong hàng không vũ trụ:
- Phóng tên lửa, vệ tinh (tính lực đẩy động cơ)
- Điều khiển quỹ đạo vệ tinh
Trong thể thao:
- Phân tích chuyển động vận động viên
- Tối ưu hóa kỹ thuật (ném, đá, đẩy)
8. Mối liên hệ với định luật I
Định luật I Newton là trường hợp đặc biệt của định luật II:
$$\text{Nếu } F = 0 \text{, thì } a = \frac{F}{m} = 0$$
Khi gia tốc bằng 0, vật giữ nguyên trạng thái → Đây chính là định luật I!
IV. ĐỊNH LUẬT III NEWTON – ĐỊNH LUẬT TÁC DỤNG VÀ PHẢN TÁC DỤNG
1. Phát biểu chính thức
“Trong mọi tương tác giữa hai vật, nếu vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng đồng thời tác dụng lại vật A một lực. Hai lực này có cùng độ lớn, cùng phương nhưng ngược chiều và đặt vào hai vật khác nhau.”
Tên gọi khác: Định luật về tác dụng và phản tác dụng, hoặc định luật về lực và phản lực.
2. Công thức toán học
Dạng vectơ:
$$\vec{F}{AB} = -\vec{F}{BA}$$
Dấu trừ thể hiện hai lực ngược chiều.
Dạng độ lớn:
$$F_{AB} = F_{BA}$$
Trong đó:
- $\vec{F}_{AB}$: Lực của vật A tác dụng lên vật B (lực tác dụng)
- $\vec{F}_{BA}$: Lực của vật B tác dụng lên vật A (lực phản tác dụng)
3. Năm đặc điểm của cặp lực – phản lực
Để nhận biết một cặp lực – phản lực, cần kiểm tra 5 đặc điểm:
| Đặc điểm | Mô tả chi tiết |
|---|---|
| 1. Độ lớn | Bằng nhau: $F_{AB} = F_{BA}$ |
| 2. Phương | Cùng phương (trên cùng một đường thẳng) |
| 3. Chiều | Ngược chiều nhau |
| 4. Điểm đặt | Đặt vào hai vật khác nhau (quan trọng!) |
| 5. Bản chất | Cùng bản chất (cùng hấp dẫn, hoặc cùng đàn hồi, hoặc cùng ma sát) |
⚠️ LƯU Ý CỰC KỲ QUAN TRỌNG:
Hai lực này đặt vào hai vật khác nhau nên chúng KHÔNG triệt tiêu nhau và KHÔNG làm vật cân bằng!
4. Ví dụ thực tế minh họa
Ví dụ 1: Đi bộ
Phân tích:
- Chân đẩy mặt đất về phía sau: $\vec{F}_{chân→đất}$
- Mặt đất đẩy chân về phía trước: $\vec{F}_{đất→chân}$
- Hai lực này bằng nhau về độ lớn, ngược chiều
- Lực $\vec{F}_{đất→chân}$ làm ta có thể đi được
Nếu không có ma sát: Mặt đất trơn → không thể đẩy được mặt đất → không thể đi!
Ví dụ 2: Súng bắn đạn
Phân tích:
- Súng tác dụng lực đẩy đạn bay ra: $\vec{F}_{súng→đạn}$ (về phía trước)
- Đạn tác dụng phản lực đẩy súng: $\vec{F}_{đạn→súng}$ (về phía sau)
- Kết quả: Súng bị giật lùi
Giải thích tại sao súng giật mạnh: $$F_{súng→đạn} = F_{đạn→súng}$$
Lực bằng nhau, nhưng khối lượng đạn nhỏ nên đạn có gia tốc lớn (bay xa), trong khi súng khối lượng lớn nên giật lùi ít.
Ví dụ 3: Bóng va vào tường
Phân tích:
- Bóng đẩy tường: $\vec{F}_{bóng→tường}$
- Tường đẩy bóng: $\vec{F}_{tường→bóng}$
- Lực $\vec{F}_{tường→bóng}$ làm bóng bật lại
Ví dụ 4: Tên lửa bay
Nguyên lý:
- Động cơ tên lửa phun khí nóng ra phía sau: $\vec{F}_{tên lửa→khí}$
- Khí nóng đẩy tên lửa bay về phía trước: $\vec{F}_{khí→tên lửa}$
- Nguyên lý này hoạt động cả trong chân không (không cần không khí!)
5. Phân biệt lực cân bằng và lực – phản lực
Đây là điểm học sinh thường nhầm lẫn!
| Tiêu chí | Lực cân bằng | Lực – Phản lực |
|---|---|---|
| Số vật | Đặt vào cùng 1 vật | Đặt vào 2 vật khác nhau |
| Độ lớn | Bằng nhau | Bằng nhau |
| Phương | Cùng phương | Cùng phương |
| Chiều | Ngược chiều | Ngược chiều |
| Tác dụng | Làm vật cân bằng | Không làm vật cân bằng |
| Bản chất | Có thể khác nhau | Cùng bản chất |
| Định luật | Newton I | Newton III |
Ví dụ phân biệt cụ thể:
Tình huống: Quyển sách nằm yên trên bàn
Cặp lực cân bằng (đặt vào sách):
- Trọng lực $\vec{P}$ (Trái Đất hút sách xuống)
- Phản lực $\vec{N}$ (Bàn đẩy sách lên)
- Hai lực này cân bằng nhau, làm sách đứng yên
Cặp lực – phản lực:
Cặp 1:
- $\vec{F}_{Trái Đất→sách}$: Trái Đất hút sách (trọng lực)
- $\vec{F}_{sách→Trái Đất}$: Sách hút Trái Đất (ngược lại)
Cặp 2:
- $\vec{F}_{sách→bàn}$: Sách ép xuống bàn
- $\vec{F}_{bàn→sách}$: Bàn đẩy lên sách (phản lực $\vec{N}$)
6. Ứng dụng của định luật III
Giải thích chuyển động:
- Đi bộ, chạy, bơi (đẩy môi trường, môi trường đẩy lại)
- Chèo thuyền (đẩy nước, nước đẩy thuyền)
Công nghệ:
- Tên lửa, máy bay phản lực
- Động cơ phản lực
- Súng, pháo
Phân tích tương tác:
- Va chạm giữa các vật
- Lực căng dây nối hai vật
V. BẢNG TỔNG HỢP 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
A. So sánh chi tiết 3 định luật
| Tiêu chí | Định luật I | Định luật II | Định luật III |
|---|---|---|---|
| Tên gọi | Định luật quán tính | Định luật F = ma | Định luật tác dụng – phản tác dụng |
| Công thức | $\sum F = 0$ | $F = ma$ | $F_{AB} = -F_{BA}$ |
| Nội dung | Vật giữ trạng thái khi không có lực | Lực tạo ra gia tốc | Lực luôn xuất hiện thành cặp |
| Điều kiện áp dụng | $a = 0$ (đứng yên hoặc đều) | $a \neq 0$ (có gia tốc) | Luôn đúng (mọi tương tác) |
| Số vật | 1 vật | 1 vật | 2 vật |
| Trả lời câu hỏi | Khi nào vật giữ nguyên? | Lực tạo gia tốc như thế nào? | Lực từ đâu ra? |
B. Công thức chi tiết
| Định luật | Công thức vectơ | Công thức vô hướng | Đơn vị |
|---|---|---|---|
| Newton I | $\sum \vec{F} = \vec{0}$ | $F_1 + F_2 + … = 0$ | N |
| Newton II | $\vec{F} = m\vec{a}$ | $F = ma$ | N, kg, m/s² |
| Newton III | $\vec{F}{AB} = -\vec{F}{BA}$ | $F_{AB} = F_{BA}$ | N |
C. Khi nào dùng định luật nào?
| Bài toán | Định luật áp dụng | Lý do |
|---|---|---|
| Vật đứng yên | Newton I | $a = 0$, $\sum F = 0$ |
| Vật chuyển động thẳng đều | Newton I | $a = 0$, $\sum F = 0$ |
| Vật chuyển động có gia tốc | Newton II | $a \neq 0$, dùng $F = ma$ |
| Tính lực, khối lượng, gia tốc | Newton II | Công thức tính toán |
| Hai vật tương tác | Newton III | Phân tích cặp lực |
| Va chạm | Newton III | Lực tương tác |
| Vật nối dây | Newton II + III | Cả hai cùng dùng |
D. Mối liên hệ giữa 3 định luật
Newton I (Quán tính)
↓
Trường hợp đặc biệt của Newton II (khi a = 0)
↓
Newton II (F = ma)
↓
Công cụ tính toán chính
↓
Newton III (Lực - Phản lực)
↓
Giải thích nguồn gốc và bản chất của lực
Kết luận: Ba định luật bổ sung, hỗ trợ lẫn nhau tạo thành hệ thống hoàn chỉnh!
VI. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VỀ 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
1. Quy trình giải bài tập 5 bước
Bước 1: Phân tích đề bài
- Đọc kỹ đề, xác định dữ kiện
- Xác định số vật tham gia (1 vật hay nhiều vật?)
- Trạng thái chuyển động: đứng yên, đều, hay có gia tốc?
Bước 2: Vẽ hình và biểu diễn lực
- Vẽ sơ đồ rõ ràng
- Biểu diễn TẤT CẢ các lực tác dụng lên từng vật
- Chú ý phân biệt lực – phản lực (Newton III)
- Đánh dấu chiều dương
Bước 3: Chọn định luật phù hợp
- Vật cân bằng ($a = 0$) → Newton I: $\sum F = 0$
- Vật có gia tốc ($a \neq 0$) → Newton II: $F = ma$
- Hai vật tương tác → Newton III: $F_{12} = F_{21}$
Bước 4: Viết phương trình
- Viết phương trình theo định luật đã chọn
- Chiếu lên các trục tọa độ Ox, Oy
- Chú ý dấu của lực (theo chiều dương: +, ngược chiều dương: -)
Bước 5: Giải và kiểm tra
- Giải phương trình tìm ẩn
- Kiểm tra đơn vị
- Kiểm tra tính hợp lý của kết quả
2. Các dạng bài tập điển hình
Dạng 1: Vật cân bằng (Newton I)
Đặc điểm: Vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều
Phương pháp:
- Áp dụng: $\sum F_x = 0$ và $\sum F_y = 0$
- Chiếu tất cả lực lên Ox và Oy
- Giải hệ phương trình
Dạng 2: Vật chuyển động có gia tốc (Newton II)
Đặc điểm: Vật tăng tốc hoặc giảm tốc
Phương pháp:
- Áp dụng: $F = ma$
- Tính hợp lực trước
- Tính gia tốc hoặc lực
Dạng 3: Hai vật nối nhau (Newton II + III)
Đặc điểm: Hai vật nối bằng dây hoặc tiếp xúc
Phương pháp:
- Xét cả hệ: Tính gia tốc chung
- Xét từng vật riêng: Tính lực căng dây hoặc lực tương tác
- Chú ý: Lực căng dây là cặp lực – phản lực (Newton III)
Dạng 4: Va chạm (Newton III)
Đặc điểm: Hai vật va chạm vào nhau
Phương pháp:
- Phân tích lực tương tác
- Áp dụng $F_{12} = F_{21}$
3. Lưu ý quan trọng khi giải bài
Luôn vẽ hình rõ ràng – Không bao giờ bỏ qua bước này!
Liệt kê đầy đủ các lực – Trọng lực, phản lực, ma sát, căng dây…
Phân biệt lực cân bằng và lực – phản lực – Tránh nhầm lẫn!
Chú ý chiều dương – Lực cùng chiều (+), ngược chiều (-)
Lực ma sát ngược chiều chuyển động – Đừng quên!
Kiểm tra đơn vị – Lực: N, khối lượng: kg, gia tốc: m/s²
F trong F = ma là hợp lực – Không phải lực đơn lẻ!
VII. BÀI TẬP MẪU CÓ LỜI GIẢI CHI TIẾT
Bài tập 1: Newton I – Vật treo cân bằng
Đề bài: Một vật có khối lượng 5 kg được treo bằng dây. Tính lực căng dây khi vật đứng yên (lấy g = 10 m/s²).
Lời giải:
Phân tích: Vật đứng yên → áp dụng Newton I
Các lực tác dụng:
- Trọng lực: $P = mg$ (hướng xuống)
- Lực căng dây: $T$ (hướng lên)
Điều kiện cân bằng: $$\sum F = 0$$ $$T – P = 0$$ $$T = P = mg = 5 \times 10 = 50 \text{ N}$$
Đáp án: Lực căng dây là 50N.
Bài tập 2: Newton II – Tính gia tốc
Đề bài: Một vật có khối lượng 4 kg chịu tác dụng của lực 12N theo phương ngang. Bỏ qua ma sát. Tính gia tốc của vật.
Lời giải:
Áp dụng định luật II Newton: $$F = ma$$
$$a = \frac{F}{m} = \frac{12}{4} = 3 \text{ m/s}^2$$
Đáp án: Gia tốc của vật là 3 m/s², cùng hướng với lực tác dụng.
Bài tập 3: Newton II – Nhiều lực tác dụng
Đề bài: Một vật có khối lượng 10 kg đặt trên mặt phẳng nằm ngang. Tác dụng lực kéo ngang 50N, lực ma sát là 20N. Tính gia tốc của vật.
Lời giải:
Chọn chiều dương: Chiều kéo
Các lực theo phương ngang:
- Lực kéo: $F_{kéo} = 50$N (chiều dương)
- Lực ma sát: $F_{ms} = 20$N (ngược chiều dương)
Hợp lực: $$F_{hợp} = F_{kéo} – F_{ms} = 50 – 20 = 30 \text{ N}$$
Gia tốc: $$a = \frac{F_{hợp}}{m} = \frac{30}{10} = 3 \text{ m/s}^2$$
Đáp án: Gia tốc của vật là 3 m/s².
Bài tập 4: Newton III – Lực tương tác
Đề bài: Một người có khối lượng 60 kg đứng trên sàn nhà. Tính lực mà sàn nhà tác dụng lên người (lấy g = 10 m/s²).
Lời giải:
Phân tích:
- Người tác dụng lực lên sàn: $F_{người→sàn} = mg = 60 \times 10 = 600$N (hướng xuống)
Áp dụng định luật III Newton: $$F_{sàn→người} = F_{người→sàn} = 600 \text{ N}$$
Lực này hướng lên trên (ngược với lực người tác dụng lên sàn).
Đáp án: Sàn nhà tác dụng lên người một lực 600N hướng lên trên.
Bài tập 5: Tổng hợp – Hai vật nối nhau
Đề bài: Hai vật có khối lượng $m_1 = 2$ kg và $m_2 = 3$ kg được nối với nhau bằng dây không dãn. Tác dụng lực F = 10N theo phương ngang vào vật 1 để kéo cả hai vật. Bỏ qua ma sát. Tính: a) Gia tốc của hệ b) Lực căng dây nối hai vật
Lời giải:
a) Tính gia tốc của hệ:
Xét cả hệ hai vật:
- Khối lượng tổng: $m = m_1 + m_2 = 2 + 3 = 5$ kg
- Lực tác dụng lên hệ: F = 10N
Áp dụng Newton II: $$F = ma$$ $$a = \frac{F}{m} = \frac{10}{5} = 2 \text{ m/s}^2$$
b) Tính lực căng dây:
Xét riêng vật 2:
- Vật 2 chuyển động với gia tốc $a = 2$ m/s²
- Chỉ có lực căng dây T tác dụng lên vật 2
Áp dụng Newton II cho vật 2: $$T = m_2 \times a = 3 \times 2 = 6 \text{ N}$$
Đáp án:
- a) Gia tốc của hệ: 2 m/s²
- b) Lực căng dây: 6N
VIII. MẸO VÀ LƯU Ý KHI HỌC 3 ĐỊNH LUẬT NEWTON
1. Các sai lầm thường gặp
❌ Sai lầm 1: Nhầm lẫn giữa lực cân bằng và lực – phản lực
✅ Cách tránh: Kiểm tra xem hai lực có đặt vào cùng 1 vật hay 2 vật khác nhau
❌ Sai lầm 2: Quên vẽ một số lực
✅ Cách tránh: Liệt kê có hệ thống: trọng lực, phản lực, ma sát, căng dây…
❌ Sai lầm 3: Sai dấu khi chiếu lực
✅ Cách tránh: Chọn rõ chiều dương, lực cùng chiều (+), ngược chiều (-)
❌ Sai lầm 4: Áp dụng sai định luật
✅ Cách tránh:
- Vật cân bằng ($a=0$) → Newton I
- Vật có gia tốc → Newton II
- Hai vật tương tác → Newton III
❌ Sai lầm 5: Nhầm lẫn khối lượng và trọng lượng
✅ Cách tránh:
- Khối lượng: kg (không đổi)
- Trọng lượng: N (= mg, có thể thay đổi)
2. Mẹo ghi nhớ 3 định luật
🔥 Newton I: “Không lực → Không đổi”
- Không có lực tác dụng → Trạng thái không đổi
🔥 Newton II: “F = ma” → Công thức vàng
- Đây là công thức quan trọng nhất, dùng nhiều nhất!
🔥 Newton III: “Tác dụng = Phản tác dụng”
- Lực luôn đi thành cặp, bằng nhau về độ lớn
3. Bảng tra cứu nhanh
| Tình huống | Dùng định luật | Công thức |
|---|---|---|
| Vật đứng yên | Newton I | $\sum F = 0$ |
| Vật chuyển động thẳng đều | Newton I | $\sum F = 0$ |
| Vật có gia tốc | Newton II | $F = ma$ |
| Tính lực, khối lượng, gia tốc | Newton II | $F = ma$ |
| Hai vật đẩy/kéo nhau | Newton III | $F_{12} = F_{21}$ |
| Va chạm | Newton III | $F_{12} = F_{21}$ |
IX. KẾT LUẬN
Ba định luật Newton là nền tảng của cơ học cổ điển, giải thích mọi chuyển động từ vật rơi đến hành tinh:
Định luật I Newton (Quán tính):
- Vật giữ nguyên trạng thái khi không có lực
- Công thức: $\sum F = 0 \Rightarrow a = 0$
Định luật II Newton (F = ma):
- Lực tạo ra gia tốc
- Công thức: $F = ma$ – Quan trọng nhất!
Định luật III Newton (Phản lực):
- Lực luôn xuất hiện thành cặp
- Công thức: $F_{AB} = -F_{BA}$
Công thức quan trọng nhất
$$F = ma$$
Đây là công thức vàng của cơ học Newton! Hầu hết các bài tập đều dùng công thức này.
Thứ tự học hiệu quả
Bước 1: Hiểu kỹ Newton II ($F = ma$)
- Đây là công thức tính toán chính
- Làm quen với công thức trước
Bước 2: Nắm vững Newton I
- Trường hợp đặc biệt của Newton II (khi a = 0)
- Hiểu khái niệm quán tính
Bước 3: Thành thạo Newton III
- Phân tích tương tác giữa các vật
- Phân biệt rõ lực cân bằng và lực – phản lực
Cô Trần Thị Bình
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Tổ trưởng chuyên môn Tổ Lý – Hóa – Sinh tại Edus
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Hoá Học, Bằng Thạc sĩ, Chức danh nghề nghiệp Giáo viên THPT – Hạng II, Tin học ứng dụng cơ bản, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 12+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Gia Định
