Tổng hợp Lý thuyết Vật Lí 10 HKII - CHƯƠNG 4 Chân trời sáng tạo (hay, chi tiết) | Kiến thức trọng tâm Vật Lí 10
Lý thuyết Chương 4: Ba định luật Newton. Một số lực trong thực tiễn
Bài 10: Ba định luật Newton về chuyển động
1. Định luật I Newton
Nhắc lại về khái niệm lực
- Lực là sự kéo hoặc đẩy
- Lực có các tác dụng: làm biến dạng vật hoặc làm thay đổi vận tốc của vật.
- Lực luôn do một vật tạo ra và tác dụng lên vật khác, có hai loại lực: lực tiếp xúc và lực không tiếp xúc.
Khái niệm quán tính
Vật luôn có xu hướng bảo toàn vận tốc chuyển động của mình. Tính chất này được gọi là quán tính của vật.
Ví dụ: Khi xe đang đứng yên sau đó đột ngột tăng tốc thì người ngồi trên xe sẽ có xu hướng ngả người về phía sau đối với xe. Khi xe đang chạy đều bất chợt phanh gấp thì người ngồi trên xe sẽ có xu hướng chúi người về phía trước đối với xe.
Định luật I Newton
Một vật nếu không chịu tác dụng của lực nào (vật tự do) thì vật đó giữ nguyên trạng thái đứng yên, hoặc chuyển động thẳng đều mãi mãi.
Ví dụ:
Tàu thăm dò Voyager 1 (hình 10.6) được phóng vào vũ trụ tháng 9 năm 1977 có thể được xem gần đúng là vật tự do bởi lực tác dụng vào nó rất bé, có thể bỏ qua. Hiện nay, tàu đã rời khỏi hệ Mặt Trời đi vào vũ trụ với tốc độ không đổi.
Ý nghĩa của định luật I Newton: Lực không phải là nguyên nhân gây ra chuyển động, mà là nguyên nhân làm thay đổi vận tốc chuyển động của vật.
2. Định luật II Newton
Nội dung định luật: Gia tốc của vật có cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng vật.
- Trong hệ SI, đơn vị của lực là N (niu tơn).
1 N = 1 kg.1m/s2
- Trong trường hợp vật chịu tác dụng của nhiều lực, thì lực trong biểu thức là lực tổng hợp của tất cả các lực thành phần:
Ví dụ: Chiếc máy bay trong hình dưới đây chịu tác dụng của nhiều lực đồng thời, thì lực trong biểu thức là lực tổng hợp của tất cả các lực thành phần.
Mức quán tính của vật.
- Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.
Ví dụ trong hình 10.10 cho ta thấy, xe ô tô có khối lượng lớn hơn xe máy hay mức quán tính của xe ô tô lớn hơn của xe máy nên rất khó để thay đổi tốc độ của ô tô, nhưng có thể dễ dàng thay đổi tốc độ của xe máy.
Lực bằng nhau – Lực không bằng nhau.
Hai lực bằng nhau: khi lần lượt tác dụng vào cùng một vật sẽ gây ra lần lượt hai vecto gia tốc bằng nhau (giống nhau về hướng và bằng nhau về độ lớn).
Ví dụ:
Khi hai em bé trong hình 10.12 lần lượt đẩy và kéo một thùng hàng đang đứng yên với hai lực cùng hướng với nhau và bằng nhau về độ lớn thì thùng hàng sẽ chuyển động với gia tốc như nhau, như vậy .
Hai lực không bằng nhau: khi tác dụng lần lượt vào cùng một vật sẽ gây ra lần lượt hai vecto gia tốc khác nhau (về hướng hoặc độ lớn.)
Ví dụ:
Khi tác dụng lần lượt các lực để dịch chuyển quyển sách đặt trên bàn theo hai hướng khác nhau (hình 10.13), quyển sách sẽ chuyển động theo hai hướng khác nhau và đo đó có gia tốc khác nhau, như vậy .
- Nếu cho hai lực đồng thời tác dụng vào cùng một vật theo hướng ngược nhau, ta có hai trường hợp có thể xảy ra:
Trường hợp 1: Vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều. Hai lực này được gọi là hai lực cân bằng.
Ví dụ: Các bạn nhỏ đang chơi kéo co, tác dụng hai lực cân bằng lên dây nên dây đứng yên
Trường hợp 2: Vật thu gia tốc và chuyển động theo hướng của lực có độ lớn lớn hơn. Hai lực này được gọi là hai lực không cân bằng.
Ví dụ: Hai nhóm các bạn chơi kéo co, lực do nhóm các bạn bên trái tác dụng lên dây lớn hơn lực do nhóm các bạn bên phải, nên dây chuyển động về phía trái.
3. Định luật III Newton
- Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng lên vật A một lực. Hai lực này có điểm đặt lên hai vật khác nhau, có cùng giá, cùng độ lớn nhưng ngược chiều.
- Một trong hai lực trong định luật III Newton được coi là lực tác dụng, lực kia gọi là phản lực. Cặp lực này:
+ Có cùng bản chất.
+ Là hai lực trực đối.
+ Xuất hiện và biến mất cùng lúc.
+ Tác dụng vào hai vật khác nhau nên không thể triệt tiêu lẫn nhau.
Ví dụ:
Trong trò chơi đệm nhún lò xo, khi người tác dụng lên mặt đệm một lực hướng xuống, thì đệm tác dụng lại người chơi một lực hướng lên trên, đẩy người chơi bật lên cao.
Bài 11: Một số lực trong thực tiễn
1. Trọng lực
Trọng lực
- Lực làm cho vật rơi chính là lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật, còn được gọi là trọng lực . Theo định luật II Newton, ta có:
- Đặc điểm của trọng lực: Trọng lực là lực hấp dẫn giữa Trái Đất và vật.
+ Điểm đặt: tại một vị trí đặc biệt gọi là trọng tâm.
+ Hướng: hướng vào tâm Trái Đất.
+ Độ lớn: P = m.g
- Khi một vật đứng yên trên mặt đất, trọng lượng của vật bằng độ lớn của trọng lực tác dụng lên vật.
- Vị trí của trọng tâm phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật, có thể nằm bên trong vật hoặc bên ngoài vật.
Ví dụ:
- Trọng tâm có vai trò quan trọng trong sự cân bằng của các vật.
2. Lực ma sát
Các loại lực ma sát
Lực ma sát là lực xuất hiện ở bề mặt tiếp xúc giữa hai vật, có tác dụng chống lại xu hướng thay đổi vị trí tương đối giữa hai bề mặt.
Ma sát nghỉ: xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật chịu tác dụng của một ngoại lực có xu hướng làm vật chuyển động.
- Lực ma sát nghỉ có:
+ Điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt.
+ Phương tiếp tuyến và ngược chiều với xu hướng chuyển động tương đối của hai bề mặt tiếp xúc.
+ Độ lớn của lực ma sát nghỉ bằng độ lớn của lực tác dụng gây ra xu hướng chuyển động.
Ma sát trượt: xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật trượt trên một bề mặt.
Ví dụ: bánh xe trượt trên mặt đường khi hãm phanh đột ngột tạo ra vết trượt như hình.
- Lực ma sát trượt có:
+ Điểm đặt trên vật và ngay tại vị trí tiếp xúc của hai bề mặt
+ Phương tiếp tuyến và ngược chiều với chuyển động của vật.
+ Độ lớn của lực ma sát trượt:
+ Không phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc và tốc độ chuyển động của vật.
+ Phụ thuộc vào vật liệu và tính chất của hai bề mặt tiếp xúc.
+ Tỉ lệ với độ lớn của áp lực giữa hai bề mặt tiếp xúc:
F = μ. N
- Hệ số μ là hệ số ma sát trượt, phụ thuộc vào vật liệu và tình trạng của hai bề mặt tiếp xúc. Đây là đại lượng không có đơn vị.
Ma sát lăn xuất hiện ở mặt tiếp xúc khi vật lăn trên một bề mặt.
Ví dụ: Ma sát lăn giữa bánh xe và mặt sàn trong hình 11.5b sau đây.
Ứng dụng của lực ma sát lăn
Lực ma sát có tác dụng cản trở chuyển động của vật nhưng đôi khi tác dụng này lại mang lại nhiều ứng dụng trong cuộc sống.
Ví dụ:
- Que diêm ma sát với bìa nhám của hộp diêm sinh nhiệt làm chất hóa học ở đầu que diêm cháy là ứng dụng của ma sát trượt.
- Ma sát nghỉ giữ cho các thùng hàng nằm yên trên băng chuyền khi băng chuyền di chuyển.
3. Lực căng dây
- Khi một sợi dây bị kéo căng, nó sẽ tác dụng lên hai vật gắn với hai đầu dây những lực căng có đặc điểm:
+ Điểm đặt là điểm mà đầu dây tiếp xúc với vật.
+ Phương trùng với chính sợi dây.
+ Chiều hướng từ hai đầu dây vào phần giữa của sợi dây.
Với những dây có khối lượng không đáng kể thì lực căng ở hai đầu dây luôn có cùng một độ lớn.
Lưu ý: Lực căng dây xuất hiện tại mọi điểm trên dây. Độ lớn của lực căng đây được xác định dựa vào điều kiện cụ thể của cơ hệ.
Ví dụ: Lực căng dây cân bằng với trọng lực tác dụng vào quả nặng. Quả nặng cân bằng.
4. Lực đẩy Archimeds (ÁC – SI - MÉT)
Lực đẩy Archimedes tác dụng lên vật có điểm đặt tại vị trí trùng với trọng tâm của phần chất lỏng bị vật chiếm chỗ, có phương thẳng đứng, có chiều từ dưới lên trên, có độ lớn bằng trọng lượng phần chất lỏng bị chiếm chỗ.
FA = ρ.g.V
Lưu ý: Khi vật nằm yên, điểm đặt C của lực đẩy ở trên đường thẳng đứng đi qua trọng tâm G của vật.
Xây dựng biểu thức xác định độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm có độ sâu khác nhau trong chất lỏng.
- Áp suất p: là đại lượng được xác định bằng độ lớn áp lực F trên một đơn vị diện tích S của mặt bị ép theo công thức
Đơn vị của áp suất trong hệ SI là Pa (1 Pa = 1 N/m2). Trong lòng chất lỏng luôn tồn tại áp suất do trọng lượng của chất lỏng tạo ra.
- Khối lượng riêng ρ của một chất: là đại lượng được xác định bằng khối lượng m của vật tạo thành từ chất đó trên một đơn vị thể tích V của vật theo công thức
Đơn vị của khối lượng riêng trong hệ SI là kg/m3.
- Độ chênh lệch áp suất giữa hai điểm A và B được xác định bằng công thức
∆p = ρ.g.∆h
Trong đó:
+ ∆p là độ chênh lệch áp suất giữa A và B, có đơn vị Pa hay N/m2.
+ ρ là khối lượng riêng của chất lỏng, có đơn vị kg/m3.
+ g là gia tốc trọng trường, có đơn vị m/s2.
+ ∆h là độ chênh lệch độ sâu giữa hai điểm A và B, có đơn vị m.
Bài 12: Chuyển động của vật trong chất lưu
1. Chuyển động rơi của vật
- Khi chuyển động trong không khí, trong nước hoặc trong chất lỏng nói chung (gọi chung là chất lưu), vật đều chịu tác dụng của lực cản.
Ví dụ: Chuyển động của viên bi trong dầu như hình sau
- Tốc độ rơi của vật được ghi nhận tại từng thời điểm và biểu diễn trong đồ thị sau:
Từ đồ thị, ta thấy khi xuất hiện lực cản của chất lưu, chuyển động rơi của vật không còn là chuyển động nhanh dần đều đơn giản mà chia làm ba giai đoạn:
- Nhanh dần đều từ lúc bắt đầu rơi trong một thời gian ngắn.
- Nhanh dần không đều trong một khoảng thời gian tiếp theo. Lúc này lực cản bắt đầu có độ lớn đáng kể và tăng dần.
- Chuyển động đều với tốc độ giới hạn không đổi. Khi đó, tổng lực tác dụng lên vật rơi bị triệt tiêu.
- Lực cản của chất lưu được biểu diễn bởi một lực đặt tại trọng tâm vật, cùng phương và ngược chiều với chiều chuyển động của vật trong chất lưu. Lực cản này phụ thuộc vào hình dạng vật.
2. Sự phụ thuộc của lực cản không khí vào hình dạng vật.
Lực cản của không khí phụ thuộc vào hình dạng của vật chuyển động.
Kết luận
Trên đây là tổng hợp các công thức Vật lý hk2, Các bạn có thể tham khảo và ôn tập cho các kỳ thi sắp tới. Hy vọng rằng bài viết này của Điểm 10+ sẽ hữu ích đối với bạn.
Tham khảo KHÓA HỌC VẬT LÝ 10: TẠI ĐÂY