Các em thân mến! Nếu như ở phần động học các em nghiên cứu về chuyển động của các chất điểm dựa trên các biểu hiện bên ngoài nhìn thấy được của nó như: Toạ độ, vận tốc, thời gian, độ dời, đường đi.... thì ở chương "Động lực học chất điểm " này các em sẽ được nghiên cứu sâu hơn về sự chuyển động của vật. Đại loại là để trả lời các câu hỏi như: "Tai sao vật có gia tốc" "Lực có phải nguyên nhân gây ra chuyển động của vật hay không" " Hai vạt tương tác với nhau nhưu thế nào"....và rất nhiều các câu hỏi nữa. Tóm lại chương này sẽ giải thích nguyên nhân của các loại chuyển động của chất điểm.
Trong lịch sử vật lý các nhà vật lý đã rất dày công trong việc xây dựng những tri thức về phần này. Trong đó phải kể đến như Aistot, Galile, Newton..... Tuy nhiên người có công lớn nhất, người được coi là đặt nền móng cho vật lý cổ điển nói chung, cơ học cổ điển nói riêng. Người đó chính là Newton. Nền móng mà chúng ta nói đến ở đây chính là "ba định luật New tơn". Ở bài này tôi sẽ giới thiệu và phan tích cặn kẽ để các em hiểu rõ về ba định luậ này.
A. Định luật I Newton
sơ đồ kiến thức cần nghiên cứu của bài này như sau:
I. Lực và chuyển động có liên hệ với nhau như thế nào?
Lực làm vật biến dạng hoặc làm cho vận tốc của vật bị biến đổi. Thế còn mối quan hệ giữa lực và chuyển động. Lực có phải là nguyên nhân gây ra chuyển động ?
Có phải lực là nguyên nhân gây ra chuyển động?
Đã từng có hai quan niệm rất khác nhau về vấn đề trên. Ta hãy cùng xem xét qua những quan niệm này.
Quan niệm của Aristotle
Nếu ta kéo một vật thì vật chuyển động, nếu ta ngừng kéo vật lập tức dừng lại. Và rất nhiều hiện tượng khác đã làm nhà triết học cổ đại Aristote cho rằng :
Muốn cho một vật duy trì được vận tốc không không đổi thì phải có vật khác tác dụng lên nó.
Quan niệm của Galile - Thí nghiệm với hai máng nghiêng.
Một nhà khoa học đã tỏ ra nghi ngờ quan niệm này và đã chứng minh sự sai lầm của nó bằng một thí nghiệm đơn giản. Đó là nhà bác học người Italia, Galile. Với thí nghiệm với hòn bi và hai máng nghiêng trơ nhẵn ông đã đưa ra một cái nhìn chính xác hơn về mối liên hệ giữa lực và chuyển động.
Newton đã khái quát các kết quả quan sát và thí nghiệm về trạng thái đứng yên và chuyển động thẳng đều, phát biểu thành định luật sau :
Định luật I Newton
Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì vật hoặc đứng yên (nếu lúc đầu nó đang đứng yên) hoặc chuyển động thẳng đều (nếu lúc đầu nó đang chuyển động với vectơ vận tốc \[\vec{v}\] )
Ý nghĩa của định luật I Newton
* Quán tính
Mọi vật đều có xu hướng bảo toàn vận tốc đang có của nó. Tính chất này gọi là quán tính.
Quán tính có hai thể hiện là :
* Tính ì : Xu hướng giữ nguyên trạng thái đứng yên.
* Tính đà : Xu hướng giữ nguyên trạng thái chuyển động thẳng đều.
Với ý nghĩa này, định luật I Newton được gọi là định luật quán tính.
Chuyển động thẳng đều được gọi là chuyển động theo quán tính.
* Hệ quy chiếu quán tính
Hệ quy chiếu gắn với vật đứng yên hay chuyển động thẳng đều (a = 0) được gọi là hệ quy chiếu quán tính.
Lưu ý:
B. Định luật II Newton
I.Định luật II New ton
Một trong những tác dụng của lực là gây ra gia tốc cho vật. Định luật II Newton sẽ cho ta biết mối quan hệ định lượng giữa gia tốc của một vật và lực gây ra gia tốc đó.
1. Quan sát
Quan sát một em bé đẩy xe hàng ở bên dưới sẽ giúp ta rút ra một vài kết luận liên quan đến gia tốc và lực tác dụng đó:
2. Một số kết quả :
* Vectơ gia tốc cùng hướng với vectơ lực tác dụng: \[\vec{a}//\vec{F}\]
* Lực đẩy càng mạnh thì xe tăng tốc càng nhanh (độ lớn gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực tác dụng): \[a\sim F\]
* Khối lượng càng lớn thì xe tăng tốc càng ít (gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng):\[a \sim \frac{1}{m}\]
Khái quát từ nhiều quan sát và thí nghiệm, Newton đã nêu thành nội dung định luật II Newton :
Vectơ gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vectơ lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
hay:
\[\vec{a}=\frac{\vec{F}}{m}\]
* Nếu vật có khối lượng m đồng thời chịu tác dụng của nhiều lực, biểu thức của định luật II Newton sẽ trở thành :
\[\vec{a}=\frac{\vec{F_1}+\vec{F_2}+..+\vec{F_n}}{m}\]
hay:
\[\vec{a}=\frac{\vec{F_{hl}}}{m} \]
Với: \[\vec{F_{hl}}= \vec{F_1}+\vec{F_2}+....\vec{F_n}\]
II. Tìm hiểu sâu về véc tơ lục và cân bằng lực
Các yếu tố của vectơ lực
* Điểm đặt : vị trí mà lực đặt lên vật.
* Phương và chiều : là phương và chiều của gia tốc mà lực gây ra cho vật.
* Độ lớn : được tính theo công thức : F = ma
Trong đó : m : khối lượng của vật mà lực tác dụng vào. (kg)
a : gia tốc mà lực gây ra cho vật đó (m/s2)
* Đơn vị lực : Niutơn (Newton). Kí hiệu N
\[1N = 1kg. 1m/s^2\]
1N là lực truyền cho vật có khối lượng 1 kg một gia tốc là \[1 m/s^2.\]
III.Quan hệ giữa khối lượng với quán tính và khối lượng với trọng lượng
Khối lượng và quán tính.
Từ định luật II Newton :
Ta nhận thấy : nếu có nhiều vật khác nhau, cùng chịu tác dụng của một lực có độ lớn không đổi. Vật có khối lượng càng lớn thì gia tốc thu được sẽ càng nhỏ, nghĩa là khả năng thay đổi vận tốc càng nhỏ, nghĩa là quán tính càng lớn.
Vậy : Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì mức quán tính càng lớn (và ngược lại)
Hãy so sánh xem, giữa xe tải và xe đạp, xe nào có quán tính lớn hơn, em sẽ biết vì sao đi đường gặp xe tải thì nguy hiểm hơn nhiều so với khi gặp ... xe đạp nháy
Trong lịch sử vật lý các nhà vật lý đã rất dày công trong việc xây dựng những tri thức về phần này. Trong đó phải kể đến như Aistot, Galile, Newton..... Tuy nhiên người có công lớn nhất, người được coi là đặt nền móng cho vật lý cổ điển nói chung, cơ học cổ điển nói riêng. Người đó chính là Newton. Nền móng mà chúng ta nói đến ở đây chính là "ba định luật New tơn". Ở bài này tôi sẽ giới thiệu và phan tích cặn kẽ để các em hiểu rõ về ba định luậ này.
A. Định luật I Newton
sơ đồ kiến thức cần nghiên cứu của bài này như sau:
I. Lực và chuyển động có liên hệ với nhau như thế nào?
Lực làm vật biến dạng hoặc làm cho vận tốc của vật bị biến đổi. Thế còn mối quan hệ giữa lực và chuyển động. Lực có phải là nguyên nhân gây ra chuyển động ?
Có phải lực là nguyên nhân gây ra chuyển động?
Đã từng có hai quan niệm rất khác nhau về vấn đề trên. Ta hãy cùng xem xét qua những quan niệm này.
Quan niệm của Aristotle
Nếu ta kéo một vật thì vật chuyển động, nếu ta ngừng kéo vật lập tức dừng lại. Và rất nhiều hiện tượng khác đã làm nhà triết học cổ đại Aristote cho rằng :
Muốn cho một vật duy trì được vận tốc không không đổi thì phải có vật khác tác dụng lên nó.
Quan niệm của Galile - Thí nghiệm với hai máng nghiêng.
Một nhà khoa học đã tỏ ra nghi ngờ quan niệm này và đã chứng minh sự sai lầm của nó bằng một thí nghiệm đơn giản. Đó là nhà bác học người Italia, Galile. Với thí nghiệm với hòn bi và hai máng nghiêng trơ nhẵn ông đã đưa ra một cái nhìn chính xác hơn về mối liên hệ giữa lực và chuyển động.
Newton đã khái quát các kết quả quan sát và thí nghiệm về trạng thái đứng yên và chuyển động thẳng đều, phát biểu thành định luật sau :
Định luật I Newton
Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0 thì vật hoặc đứng yên (nếu lúc đầu nó đang đứng yên) hoặc chuyển động thẳng đều (nếu lúc đầu nó đang chuyển động với vectơ vận tốc \[\vec{v}\] )
Ý nghĩa của định luật I Newton
* Quán tính
Mọi vật đều có xu hướng bảo toàn vận tốc đang có của nó. Tính chất này gọi là quán tính.
Quán tính có hai thể hiện là :
* Tính ì : Xu hướng giữ nguyên trạng thái đứng yên.
* Tính đà : Xu hướng giữ nguyên trạng thái chuyển động thẳng đều.
Với ý nghĩa này, định luật I Newton được gọi là định luật quán tính.
Chuyển động thẳng đều được gọi là chuyển động theo quán tính.
* Hệ quy chiếu quán tính
Hệ quy chiếu gắn với vật đứng yên hay chuyển động thẳng đều (a = 0) được gọi là hệ quy chiếu quán tính.
Lưu ý:
Các định luật I, II, III của newton đều được xây dựng trong hệ quy chiếu quán tính, và cũng chỉ nghiệm đúng trong loại hệ quy chiếu này.
Nếu ta xét vật trong hệ quy chiếu phi quán tính (hệ quy chiếu có gia tốc
, ví dụ ta ngồi trên xe đang chuyển động nhanh dần đều để xét chuyển động
của một xét khác đi bên cạnh, thì các kết quả mà các định luật của Newton không còn chính xác.
Nếu ta xét vật trong hệ quy chiếu phi quán tính (hệ quy chiếu có gia tốc
của một xét khác đi bên cạnh, thì các kết quả mà các định luật của Newton không còn chính xác.
B. Định luật II Newton
Sơ đồ xây dựng định luật
I.Định luật II New ton
Một trong những tác dụng của lực là gây ra gia tốc cho vật. Định luật II Newton sẽ cho ta biết mối quan hệ định lượng giữa gia tốc của một vật và lực gây ra gia tốc đó.
1. Quan sát
Quan sát một em bé đẩy xe hàng ở bên dưới sẽ giúp ta rút ra một vài kết luận liên quan đến gia tốc và lực tác dụng đó:
2. Một số kết quả :
* Vectơ gia tốc cùng hướng với vectơ lực tác dụng: \[\vec{a}//\vec{F}\]
* Lực đẩy càng mạnh thì xe tăng tốc càng nhanh (độ lớn gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực tác dụng): \[a\sim F\]
* Khối lượng càng lớn thì xe tăng tốc càng ít (gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng):\[a \sim \frac{1}{m}\]
Nội dung định luật II Newton
Khái quát từ nhiều quan sát và thí nghiệm, Newton đã nêu thành nội dung định luật II Newton :
Vectơ gia tốc của một vật luôn cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của vectơ gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vectơ lực tác dụng lên vật và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.
hay:
\[\vec{a}=\frac{\vec{F}}{m}\]
* Nếu vật có khối lượng m đồng thời chịu tác dụng của nhiều lực, biểu thức của định luật II Newton sẽ trở thành :
\[\vec{a}=\frac{\vec{F_1}+\vec{F_2}+..+\vec{F_n}}{m}\]
hay:
\[\vec{a}=\frac{\vec{F_{hl}}}{m} \]
Với: \[\vec{F_{hl}}= \vec{F_1}+\vec{F_2}+....\vec{F_n}\]
II. Tìm hiểu sâu về véc tơ lục và cân bằng lực
Các yếu tố của vectơ lực
* Điểm đặt : vị trí mà lực đặt lên vật.
* Phương và chiều : là phương và chiều của gia tốc mà lực gây ra cho vật.
* Độ lớn : được tính theo công thức : F = ma
Trong đó : m : khối lượng của vật mà lực tác dụng vào. (kg)
a : gia tốc mà lực gây ra cho vật đó (m/s2)
* Đơn vị lực : Niutơn (Newton). Kí hiệu N
\[1N = 1kg. 1m/s^2\]
1N là lực truyền cho vật có khối lượng 1 kg một gia tốc là \[1 m/s^2.\]
III.Quan hệ giữa khối lượng với quán tính và khối lượng với trọng lượng
Khối lượng và quán tính.
Từ định luật II Newton :
Ta nhận thấy : nếu có nhiều vật khác nhau, cùng chịu tác dụng của một lực có độ lớn không đổi. Vật có khối lượng càng lớn thì gia tốc thu được sẽ càng nhỏ, nghĩa là khả năng thay đổi vận tốc càng nhỏ, nghĩa là quán tính càng lớn.
Vậy : Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật. Vật có khối lượng càng lớn thì mức quán tính càng lớn (và ngược lại)
Hãy so sánh xem, giữa xe tải và xe đạp, xe nào có quán tính lớn hơn, em sẽ biết vì sao đi đường gặp xe tải thì nguy hiểm hơn nhiều so với khi gặp ... xe đạp nháy
