Phát biểu và viết hệ thức của Định luật 2 Newton? Bài tập?

1. Phát biểu và viết hệ thức của Định luật 2 Newton: 

1.1. Phát biểu:

Định luật II Niu-tơn là một trong những nguyên tắc cơ bản của vật lý, phát hiện bởi Isaac Newton, và nó thiết lập mối quan hệ giữa lực tác động lên một vật và gia tốc mà vật đó trải qua. Định luật này được phát biểu như sau: “Tốc độ thay đổi của độ lớn và hướng vận tốc của một vật thể sẽ tỷ lệ thuận với lực tác động lên vật đó và ngược hướng với khối lượng của vật.”

Định luật II Niu-Tơn cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc hiểu về sự tương tác giữa lực và chuyển động của các vật thể. Nó là nguyên tắc căn bản trong nghiên cứu động học và động lực học. Các ứng dụng của định luật này không chỉ giúp dự đoán chuyển động của các vật thể dưới tác động của lực mà còn cung cấp nền tảng cho việc thiết kế máy móc, phương tiện, và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.

1.2. Hệ thức:

Để biểu diễn Định luật II Niu-tơn dưới dạng hệ thức, ta sử dụng các đại lượng sau:

• $F$ là lực tác động lên vật (đo lường bằng đơn vị Nju-tơn hoặc kg·m/s²).
• $m$ là khối lượng của vật (đo bằng đơn vị kilôgam – kg).
• $a$ là gia tốc của vật (đo bằng đơn vị m/s²).

Hệ thức của Định luật II Niu-tơn là: $F=m\cdot a$

Hệ thức này thể hiện rằng lực tác động lên một vật sẽ tạo ra một gia tốc tỷ lệ thuận với lực đó và có cùng hướng. Khối lượng của vật cũng ảnh hưởng đến gia tốc, nghĩa là cùng một lực tác động lên hai vật có khối lượng khác nhau sẽ tạo ra gia tốc khác nhau.

1.3. Thí nghiệm:

2. Mở rộng Định luật 2 Newton:

Định Luật I Niu-tơn và sự tương quan: Định luật II Niu-Tơn gắn liền với Định luật I Niu-Tơn, còn gọi là “Định luật trạng thái đều đặn.” 

Định luật I Niu-tơn, còn gọi là “Định luật trạng thái đều đặn,” là một phát hiện cách mạng trong vật lý, mở ra cánh cửa cho việc hiểu về chuyển động và tương tác của các vật thể. Định luật này phát biểu rằng nếu một vật không chịu tác động của lực nào hoặc tổng lực hợp lệnh bằng không, thì vật đứng yên sẽ duy trì trạng thái tĩnh và vật đang chuyển động thẳng đều sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều với vận tốc không đổi.

Định luật I Niu-tơn là một bước quan trọng trong việc bắt đầu hiểu về các nguyên tắc cơ bản của chuyển động. Nó đã giúp khắc phục những quan niệm cũ về chuyển động của các đối tượng và mở ra hướng đi mới trong nghiên cứu vật lý.

Khối lượng và mối quan hệ với trọng lượng: Khối lượng là một đại lượng vô hướng đo lường mức độ quán tính của một vật. Nó thể hiện khả năng của vật chống lại thay đổi trong trạng thái chuyển động. Mối quan hệ giữa khối lượng và trọng lượng của một vật được biểu diễn bởi công thức:

$P=m\cdot g$

Ở đây:

• $P$ là trọng lượng của vật (đo bằng Nju-tơn).
• $m$ là khối lượng của vật (đo bằng kg).
• $g$ là gia tốc rơi tự do, thường là 9.8 m/s29.8m/s2 hoặc 10 m/s210m/s2.

Định luật II Niu-Tơn và mối quan hệ giữa trọng lượng và khối lượng định hình cách chúng ta hiểu về tương tác của các vật thể với lực và chuyển động của chúng trong thế giới thực. Nhờ vào những nguyên tắc này, chúng ta có khả năng dự đoán và giải thích các hiện tượng vật lý xảy ra xung quanh chúng ta.

3. Bài tập liên quan đến Định luật 2 Newton:

3.1. Trắc nghiệm:

Bài 1: Tác dụng vào vật có khối lượng 5kg, đang đứng yên, một lực theo phương ngang thì vật này chuyển động nhanh dần đều với gia tốc 1m/s². Độ lớn của lực này là:

A. 3N                                                B. 4N

C. 5N                                                D. 6N

Lời giải

Áp dụng định luật II Niutơn, ta có:  F = ma = 5.1 = 5N

Đáp án: C

Bài 2: Một quả bóng m = 0,4kg đang nằm yên trên mặt đất. Một cầu thủ đá bóng với lực 300N. Thời gian chân tác dụng vào quả bóng là 0,015s. Tính tốc độ của quả bóng lúc bay đi.

A. 4,5m/s                                          B. 18,75m/s

C. 11,25m/s                                       D. 26,67m/s

Lời giải

+ Theo định luật II Niutơn, ta có: 

+ Chọn gốc thời gian là lúc chân cầu thủ chạm vào bóng

+ Phương trình vận tốc của vật: v = v₀ + at = 0 + 750.0,015 = 11,25m/s

Đáp án: C

Bài 3: Lấy một lực F truyền cho vật khối lượng m₁ thì vật có gia tốc là a₁ = 6m/s², truyền cho vật khối lượng m₂ thì vật có là a₂ = 4m/s². Hỏi lực F sẽ truyền cho vật có khối lượng m₃ = m₁ + m₂ thì vật có gia tốc là bao nhiêu?

A. 2,5m/s                                          B. 2,4m/s

C. 11,5m/s                                       D. 2,6m/s

Lời giải:

Đáp án: B

Bài 4: Một vật có khối lượng 250g bắt đàu chuyển động nhanh dần đều, nó đi được 1,2m trong 4s. Tính lực kéo, biết lực cản bằng 0,04N.

A. 0,0775N                                       B. 0,05N

C. 1,0775N                                     D. 0,07 N

Lời giải: 

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của xe

Đáp án: A

3.2. Tự luận:

Bài tập 1: Một vật có khối lượng 2 kg đang chuyển động với gia tốc 3 m/s^2. Tính lực đang tác động lên vật.

Đã biết khối lượng $m=2\text{kg}$ và gia tốc a=3m/s^2. Áp dụng công thức $F=m\cdot a$, ta có: F=2kg×3m/s^2=6N

Vậy, lực đang tác động lên vật là 6 N

Bài tập 2: Một xe hơi có khối lượng 1200 kg đang chuyển động với gia tốc 2 m/s^2. Tính lực đẩy đang làm cho xe chuyển động.

Đã biết khối lượng $m=1200\text{kg}$ và gia tốc a=2m/s^2. Áp dụng công thức $F=m\cdot a$, ta có: F=1200kg×2m/s^2=2400N

Vậy, lực đẩy đang tác động lên xe là $2400\text{N}$.

Bài tập 3: Một quả bóng khối lượng 0,5 kg đang nằm yên thì được đá cho nó chuyển động với vận tốc 40 m/s. Xung lượng của lực tác dụng lên quả bóng bằng: 

Bài tập mở rộng:

Câu 4. Khi cho một vật có khối lượng 2 kg bắt đầu chuyển động thẳng nhanh dần đều trên mặt bàn nằm ngang dưới tác dụng của một lực kéo 𝐹𝑘 theo phương ngang có độ lớn không đổi. Sau khi đi được 5 m, vật có vận tốc đạt 5 m/s. Hệ số ma sát trượt giữa vật và mặt bàn là 0,25. Lấy 𝑔=10𝑚/𝑠^2

a) Tính gia tốc chuyển động của vật.

b) Tính độ lớn của lực kéo 𝐹𝑘

c) Sau đó, ngừng tác dụng lực kéo 𝐹𝑘, vật trượt xuống mặt phẳng nghiêng 30° so với mặt phẳng ngang. Tính chiều cao của mặt phẳng nghiêng, biết vận tốc của vật ở chân mặt phẳng nghiêng là 10 m/s. Cho biết hệ số ma sát trượt trên mặt phẳng nghiêng là 0,3.