Lớp 10 · Vật Lí
Bài 16
Định Luật 3 Newton
Cặp lực & phản lực · Hai lực trực đối · Phân biệt với cặp lực cân bằng · Bài toán va chạm
1
Lực tương tác giữa hai vật & Nội dung Định luật 3 Newton
▼
▸ Lực không bao giờ tồn tại đơn lẻ
Trong tự nhiên, lực không bao giờ tồn tại đơn lẻ. Mỗi khi một vật tác dụng lực lên vật khác thì đồng thời nó cũng nhận lại một lực từ vật đó. Nói cách khác, các lực hút hoặc đẩy luôn xuất hiện thành từng cặp giữa hai vật.
📝 Ví dụ minh họa
Thí nghiệm hai xe lăn với lò xo: Khi ta nén một lò xo giữa hai xe lăn rồi thả ra, lò xo đẩy cả hai xe chuyển động ngược chiều nhau — chứng tỏ lò xo tác dụng lực lên cả hai xe đồng thời.
Thí nghiệm sắt – nam châm: Nam châm hút sắt và sắt cũng hút nam châm — hai vật cùng tác dụng lực lên nhau.
Thí nghiệm sắt – nam châm: Nam châm hút sắt và sắt cũng hút nam châm — hai vật cùng tác dụng lực lên nhau.
▸ Phát biểu Định luật 3 Newton
📐 Định luật 3 Newton
Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì đồng thời vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực này là hai lực trực đối.
$\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$
Hình 1: Cặp lực và phản lực giữa hai vật A và B — hai lực trực đối
▸ Ý nghĩa các kí hiệu
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Điểm đặt |
|---|---|---|
| $\vec{F}_{AB}$ | Lực do vật A tác dụng lên vật B | Tại B |
| $\vec{F}_{BA}$ | Lực do vật B tác dụng trở lại vật A | Tại A |
⭐ Hai lực trực đối là gì?
Hai lực trực đối là hai lực có:
• Cùng phương (nằm trên cùng một đường thẳng)
• Ngược chiều
• Cùng độ lớn
• Đặt vào hai vật khác nhau
• Cùng phương (nằm trên cùng một đường thẳng)
• Ngược chiều
• Cùng độ lớn
• Đặt vào hai vật khác nhau
2
Đặc điểm của lực và phản lực
▼
Trong tương tác giữa hai vật, một lực gọi là lực tác dụng, lực còn lại gọi là phản lực. Cặp lực – phản lực có 4 đặc điểm quan trọng:
🔗
a) Xuất hiện thành cặp
Lực và phản lực xuất hiện đồng thời và mất đi đồng thời. Không thể có lực tác dụng mà không có phản lực.
↔️
b) Hai lực trực đối
Lực và phản lực tác dụng trên cùng một đường thẳng, cùng độ lớn nhưng ngược chiều.
⚠️
c) KHÔNG cân bằng
Dù cùng độ lớn và ngược chiều, lực và phản lực không phải cặp lực cân bằng vì chúng đặt vào hai vật khác nhau.
🎯
d) Cùng bản chất
Nếu lực tác dụng là lực hấp dẫn thì phản lực cũng là lực hấp dẫn; nếu là lực tiếp xúc thì phản lực cũng là lực tiếp xúc.
💡 Mẹo nhớ 4 đặc điểm
• Cặp đồng thời — xuất hiện và mất đi cùng lúc.
• Trực đối — cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.
• Đặt 2 vật khác nhau — không "khử nhau".
• Cùng bản chất (cùng loại lực).
• Trực đối — cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.
• Đặt 2 vật khác nhau — không "khử nhau".
• Cùng bản chất (cùng loại lực).
📝 Ví dụ — Ô tô chạy trên đường
Khi ô tô chuyển động trên đường:
• Lực do ô tô đẩy mặt đường về phía sau có độ lớn bằng lực mặt đường đẩy ô tô về phía trước.
• Hai lực này không "khử nhau" vì chúng đặt vào hai vật khác nhau (một đặt vào ô tô, một đặt vào mặt đường).
• Nhờ phản lực của mặt đường đẩy ô tô về phía trước → ô tô tăng tốc được.
• Lực do ô tô đẩy mặt đường về phía sau có độ lớn bằng lực mặt đường đẩy ô tô về phía trước.
• Hai lực này không "khử nhau" vì chúng đặt vào hai vật khác nhau (một đặt vào ô tô, một đặt vào mặt đường).
• Nhờ phản lực của mặt đường đẩy ô tô về phía trước → ô tô tăng tốc được.
3
Phân biệt cặp lực – phản lực với cặp lực cân bằng
▼
Đây là điểm dễ nhầm lẫn nhất khi học Định luật 3 Newton. Hai loại cặp lực này giống nhau ở chỗ cùng độ lớn và ngược chiều, nhưng khác nhau ở điểm đặt và hiệu quả.
| Đặc điểm | Cặp lực – phản lực | Cặp lực cân bằng |
|---|---|---|
| Điểm đặt | Trên hai vật khác nhau | Trên cùng một vật |
| Phương, chiều | Cùng phương, ngược chiều | Cùng phương, ngược chiều |
| Độ lớn | Bằng nhau | Bằng nhau |
| Hiệu quả | Không triệt tiêu nhau | Triệt tiêu nhau (vật cân bằng) |
⚠️ Cách phân biệt nhanh
Hỏi: "Hai lực này đặt vào cùng một vật hay hai vật khác nhau?"
• Nếu cùng 1 vật → cặp lực cân bằng (có thể khử nhau).
• Nếu 2 vật khác nhau → cặp lực – phản lực (không khử nhau).
• Nếu cùng 1 vật → cặp lực cân bằng (có thể khử nhau).
• Nếu 2 vật khác nhau → cặp lực – phản lực (không khử nhau).
▸ Ví dụ điển hình — Quyển sách trên bàn
📝 Phân tích lực với quyển sách nằm yên trên bàn
Quyển sách nằm yên trên mặt bàn ngang chịu hai lực: trọng lực $\vec{P}$ (hướng xuống) và phản lực $\vec{N}$ của mặt bàn (hướng lên).
$\vec{P}$ và $\vec{N}$ là cặp lực gì?
• Cùng đặt vào quyển sách → đây là cặp lực cân bằng, không phải cặp lực – phản lực theo Định luật 3.
Vậy đâu là cặp lực – phản lực?
Cặp 1 (lực hấp dẫn):
• Trọng lực $\vec{P}$: Trái Đất hút sách (đặt tại sách, hướng xuống).
• Phản lực $\vec{P'}$: Sách hút lại Trái Đất (đặt tại Trái Đất, hướng lên).
Cặp 2 (lực tiếp xúc):
• Phản lực $\vec{N}$: Bàn đẩy sách (đặt tại sách, hướng lên).
• Áp lực $\vec{N'}$: Sách ép xuống bàn (đặt tại bàn, hướng xuống).
$\vec{P}$ và $\vec{N}$ là cặp lực gì?
• Cùng đặt vào quyển sách → đây là cặp lực cân bằng, không phải cặp lực – phản lực theo Định luật 3.
Vậy đâu là cặp lực – phản lực?
Cặp 1 (lực hấp dẫn):
• Trọng lực $\vec{P}$: Trái Đất hút sách (đặt tại sách, hướng xuống).
• Phản lực $\vec{P'}$: Sách hút lại Trái Đất (đặt tại Trái Đất, hướng lên).
Cặp 2 (lực tiếp xúc):
• Phản lực $\vec{N}$: Bàn đẩy sách (đặt tại sách, hướng lên).
• Áp lực $\vec{N'}$: Sách ép xuống bàn (đặt tại bàn, hướng xuống).
⚖️ $\vec{P}$ và $\vec{N}$
Cùng đặt trên quyển sách
→ Cặp lực cân bằng
Triệt tiêu nhau → sách đứng yên ($\vec{F}_{hl} = \vec{0}$)
🔗 $\vec{N}$ và $\vec{N'}$
$\vec{N}$ đặt tại sách, $\vec{N'}$ đặt tại bàn
→ Cặp lực – phản lực theo Định luật 3
Không triệt tiêu (đặt 2 vật khác nhau)
4
Vận dụng — Bài toán va chạm & lực tương tác
▼
Khi hai vật va chạm hoặc tương tác trong thời gian $\Delta t$, kết hợp Định luật 2 và Định luật 3 Newton sẽ cho ta phương trình rất hữu ích:
📐 Hệ thức cơ bản
Áp dụng $\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$ và $\vec{F} = m\vec{a}$:
$m_A \vec{a}_A = -m_B \vec{a}_B$
Hay (rút gọn $\Delta t$ vì thời gian tương tác bằng nhau):
$m_A(v_A - v_{0A}) = -m_B(v_B - v_{0B})$
▸ Quy trình giải bài toán va chạm
1
Liệt kê các đại lượng đã cho: $m_A$, $m_B$, $v_{0A}$, $v_{0B}$, $v_A$, $v_B$, $\Delta t$.
2
Chọn chiều dương (thường là chiều chuyển động ban đầu của vật đang chuyển động). Xác định dấu của các vận tốc.
3
Áp dụng phương trình $m_A(v_A - v_{0A}) = -m_B(v_B - v_{0B})$ chiếu lên chiều dương, thay số.
4
Nếu cần tính lực tương tác: $F = m \cdot |a| = m \cdot \dfrac{|v - v_0|}{\Delta t}$.
📝 Ví dụ 1 — Tìm khối lượng xe A
Xe A chạy với $v_{0A} = 1$ m/s đụng vào xe B đứng yên. Sau va chạm, xe A dội ngược với $0{,}1$ m/s, xe B chạy với $0{,}55$ m/s. Cho $m_B = 0{,}2$ kg. Tìm $m_A$.
Giải: Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của A:
• $v_{0A} = +1$, $v_{0B} = 0$, $v_A = -0{,}1$ (dội ngược), $v_B = +0{,}55$.
• Áp dụng: $m_A(v_A - v_{0A}) = -m_B(v_B - v_{0B})$
• $m_A(-0{,}1 - 1) = -0{,}2 \cdot (0{,}55 - 0)$
• $m_A \cdot (-1{,}1) = -0{,}11 \Rightarrow m_A = 0{,}1$ kg $= 100$ g.
Giải: Chọn chiều dương là chiều chuyển động ban đầu của A:
• $v_{0A} = +1$, $v_{0B} = 0$, $v_A = -0{,}1$ (dội ngược), $v_B = +0{,}55$.
• Áp dụng: $m_A(v_A - v_{0A}) = -m_B(v_B - v_{0B})$
• $m_A(-0{,}1 - 1) = -0{,}2 \cdot (0{,}55 - 0)$
• $m_A \cdot (-1{,}1) = -0{,}11 \Rightarrow m_A = 0{,}1$ kg $= 100$ g.
📝 Ví dụ 2 — Lực bóng đập tường
Bóng $m = 0{,}2$ kg bay với $25$ m/s đập vuông góc vào tường, bật ngược lại với $15$ m/s. Thời gian va chạm $\Delta t = 0{,}05$ s. Tính lực của tường tác dụng lên bóng.
Giải: Chọn chiều dương là chiều bóng bay đến tường:
• $v_0 = +25$ m/s, $v = -15$ m/s (bóng bật ngược).
• Gia tốc: $a = \dfrac{v - v_0}{\Delta t} = \dfrac{-15 - 25}{0{,}05} = -800$ m/s².
• Lực: $F = m \cdot |a| = 0{,}2 \cdot 800 = 160$ N.
Theo Định luật 3 Newton: lực do bóng tác dụng lên tường cũng có độ lớn $160$ N nhưng hướng vào tường.
Giải: Chọn chiều dương là chiều bóng bay đến tường:
• $v_0 = +25$ m/s, $v = -15$ m/s (bóng bật ngược).
• Gia tốc: $a = \dfrac{v - v_0}{\Delta t} = \dfrac{-15 - 25}{0{,}05} = -800$ m/s².
• Lực: $F = m \cdot |a| = 0{,}2 \cdot 800 = 160$ N.
Theo Định luật 3 Newton: lực do bóng tác dụng lên tường cũng có độ lớn $160$ N nhưng hướng vào tường.
⚠️ Lưu ý dấu vận tốc
• Vận tốc cùng chiều dương → mang dấu $+$.
• Vận tốc ngược chiều dương (vật bật/dội/quay đầu) → mang dấu $-$.
• Đây là sai lầm phổ biến nhất khi giải bài toán va chạm!
• Vận tốc ngược chiều dương (vật bật/dội/quay đầu) → mang dấu $-$.
• Đây là sai lầm phổ biến nhất khi giải bài toán va chạm!
5
Tổng kết & Xem lý thuyết đầy đủ
▼
Tổng kết Bài 16
• Định luật 3 Newton: $\vec{F}_{AB} = -\vec{F}_{BA}$ — lực và phản lực luôn xuất hiện thành cặp.
• Hai lực trực đối: cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn, đặt vào 2 vật khác nhau.
• 4 đặc điểm lực – phản lực: xuất hiện đồng thời, trực đối, không cân bằng, cùng bản chất.
• Phân biệt với cặp lực cân bằng: điểm khác chính là điểm đặt (lực-phản lực: 2 vật; cân bằng: 1 vật).
• Bài toán va chạm: $m_A(v_A - v_{0A}) = -m_B(v_B - v_{0B})$.
• Lực va chạm: $F = m \cdot \dfrac{|v - v_0|}{\Delta t}$.
• Hai lực trực đối: cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn, đặt vào 2 vật khác nhau.
• 4 đặc điểm lực – phản lực: xuất hiện đồng thời, trực đối, không cân bằng, cùng bản chất.
• Phân biệt với cặp lực cân bằng: điểm khác chính là điểm đặt (lực-phản lực: 2 vật; cân bằng: 1 vật).
• Bài toán va chạm: $m_A(v_A - v_{0A}) = -m_B(v_B - v_{0B})$.
• Lực va chạm: $F = m \cdot \dfrac{|v - v_0|}{\Delta t}$.
Để xem lý thuyết đầy đủ (kèm các ví dụ chi tiết về cặp lực – phản lực, các sai lầm thường gặp, các bài tập nâng cao về va chạm và tương tác), hãy tham khảo bài viết bên dưới:
📚 Xem thêm: Lý thuyết đầy đủ + Phương pháp giải các dạng + Ví dụ chi tiết tại Edus.vnSau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 23 câu bám sát chương trình SGK Vật Lí 10!
1
—
Điểm: 0/23
🔄
Cùng luyện Bài 16 — Định luật 3 Newton!
23 câu: 18 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
🏆
Tuyệt vời!
0/23
💡 Gợi ý
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn