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

Định luật II Niu-Tơn là một trong những nguyên tắc cơ bản và quan trọng nhất trong lĩnh vực vật lý. Dưới đây là bài viết về chủ đề: Phát biểu và viết hệ thức của Định luật 2 Newton? Bài tập?, mời bạn đọc theo dõi.

Mục lục bài viết

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

1.1 1.1. Phát biểu:
1.2 1.2. Hệ thức:
1.3 1.3. Thí nghiệm:

2 2. Mở rộng Định luật 2 Newton:

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

3.1 3.1. Trắc nghiệm:
3.2 3.2. Tự luận:

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:

Thiết Bị Thí Nghiệm:

Tấm chắn sáng
Máng trượt đệm khí
Cổng quang điện 1
Cổng quang điện 2
Ròng rọc
Các quả nặng
Đồng hồ đo thời gian hiện số
Cân điện tử
Bơm khí

Các Bước Thực Hiện Thí Nghiệm:

Bước 1:

Cho lực kéo $F$ có độ lớn tăng dần , và bằng cách thêm các quả nặng vào đầu dây vắt qua ròng rọc.
Mục tiêu là tạo lực tác động lên xe trượt và thay đổi gia tốc của xe.

Bước 2:

Ghi lại độ lớn của lực kéo $F$ và tổng khối lượng của hệ gồm xe trượt và các quả nặng ứng với mỗi lần thí nghiệm.
Đây là bước ghi nhận các thông số quan trọng để phân tích sau này.

Bước 3:

Đo thời gian $t$ của chuyển động của xe.
Bắt đầu đếm từ khi tấm chắn sáng đi qua cổng quang điện 1 và kết thúc đếm khi tấm chắn vượt qua cổng quang điện 2.
Đo thời gian này để biết thời gian mà xe di chuyển từ vị trí của cổng quang điện 1 đến cổng quang điện 2.

Bước 4:

Tính toán gia tốc $a$ bằng cách sử dụng công thức:
Trong trường hợp này, đặt xe trượt có gắn tấm chắn sáng sao cho tấm chắn này sát với cổng quang điện 1 để là khoảng cách giữa hai cổng quang điện trong thí nghiệm.
Đo thời gian $t$ ứng với mỗi lần thí nghiệm và tính toán gia tốc $a$ từ công thức trên.

Chú ý rằng khi thực hiện bước 4, cần để đồng hồ bắt đầu đếm thời gian khi xe có vận tốc ban đầu bằng $0$ , và đặt tấm chắn sáng sát cổng quang điện 1 để

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 $9.8 m/s^{2}$ hoặc $10 m/s^{2}$ .

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:

Ta có theo định luật II newton F = ma => a =

Với

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

Theo định luật II newton ta có

Chiếu lên chiều dương ta có F – F_c = ma => F = ma + F_c (1)

Mà s = v₀t + at² => 1,2 = 0.4 + a.4² => a = 0,15m/s²

=> F = ma + F_c= 0,25.0,15 + 0,04 = 0,0775N

Đáp án: A

3.2. Tự luận:

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

Bài tập 1: Đã biết khối lượng $m = 2 kg$ và gia tốc $a = 3 m/s^^{2}$ . Áp dụng công thức $F = m \cdot a$ , ta có: $F = 2 kg \times 3 m/s^^{2} = 6 N$

Vậy, lực đang tác động lên vật là

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

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

Vậy, lực đẩy đang tác động lên xe là $2400 N$ .

Bài tập 3: Một vật có khối lượng đang đứng yên trên mặt đất. Tính lực hỗ trợ và lực ma sát đang tác động lên vật.

Vật đứng yên trên mặt đất nghĩa là không có gia tốc $a = 0$ . Theo Định luật II Niu-Tơn, tổng lực tác động lên vật phải bằng $0$ , nghĩa là tổng các lực hỗ trợ và ma sát phải cân bằng trọng lượng. Do đó, lực hỗ trợ $T$ và lực ma sát $F_{friction}$ sẽ có giá trị bằng trọng lượng $P$ :

Bài tập 4: Một vật có khối lượng đang chuyển động với gia tốc $m/s^2$ . Nếu lực ma sát ngang đang tác động lên vật với lực , hãy tính lực đẩy tác động lên vật.

Đã biết khối lượng $m = 10 kg$ , gia tốc $a = 4 m/s^^{2}$ , và lực ma sát $F_{friction} = 20 N$ . Sử dụng công thức $F = m \cdot a$ để tính lực tác động: $F = 10 kg \times 4 m/s^^{2} = 40 N$

Tổng lực tác động lên vật là tổng của lực đẩy và lực ma sát:

Bài tập 5: Một con thú có khối lượng đang nằm yên trên mặt đất. Nếu trọng lượng của con thú là , hãy tính lực ma sát và lực hỗ trợ đang tác động lên nó.

Đã biết khối lượng $m = 200 kg$ và trọng lượng $P = 2000 N$ . Trọng lượng của một vật được tính bằng $P = m \cdot g$ , nên ta có:

$m \cdot g = P$

$\cdot g = 2000 N$

Vậy, gia tốc rơi tự do 1 $0 m/s^^{2}$ .

Trong trường hợp này, lực hỗ trợ $T$ và lực ma sát $F_{friction}$ cũng phải cân bằng trọng lượng P: