Phát biểu, viết đúng dạng vectơ Định luật III Newton; nêu đặc điểm lực và phản lực; nhận ra các lực thuộc cùng một cặp tương tác và phân biệt với hai lực cân bằng.
HAT Physics Learning · Vật lí 10 · Kết nối tri thức
BÀI 16. ĐỊNH LUẬT III NEWTON
Tác dụng tương hỗ • Lực và phản lực • Vì sao hai vật chuyển động khác nhau?
Mục tiêu học tập
Mục tiêu học tập
Quan sát thí nghiệm hai lực kế, vẽ hai vectơ đặt lên hai vật khác nhau, xử lí tình huống xe lăn có khối lượng khác nhau; giải thích đi bộ, bơi, tên lửa và quyển sách đặt trên bàn.
Câu hỏi khởi động. Khi em đẩy vào tường, tay cảm nhận lực đẩy trở lại. Vậy tường có thực sự tác dụng lực lên tay không? Nếu lực nào cũng có một lực bằng nó và ngược chiều, tại sao người vẫn có thể chuyển động?
Kiến thức trọng tâm và công thức
Kiến thức trọng tâm và công thức
1. Tương tác giữa hai vật
Khi vật A tác dụng lên vật B một lực, vật B cũng tác dụng trở lại vật A một lực. Hai lực xuất hiện đồng thời, cùng loại (ví dụ cùng là lực tiếp xúc hoặc cùng là lực hấp dẫn) và không đặt lên cùng một vật. Điều này đúng cả khi hai vật tiếp xúc hoặc tương tác từ xa.
Định luật III Newton – dạng vectơ
\[\boxed{\vec F_{A\to B}=-\vec F_{B\to A}}\]
Đặt \(\vec F_{A\to B}\) là lực A tác dụng lên B (đặt vào B); \(\vec F_{B\to A}\) là lực B tác dụng lên A (đặt vào A). Hai lực có cùng giá, độ lớn bằng nhau và ngược chiều.
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(\vec F_{A\to B}\) | Lực do A tác dụng lên B; điểm đặt trên B | N |
| \(\vec F_{B\to A}\) | Lực do B tác dụng lên A; điểm đặt trên A | N |
Điều kiện: hai lực thuộc cùng một cặp tương tác; không dùng biểu thức này để suy ra tổng lực lên riêng một vật bằng 0.
Độ lớn hai lực tương tác
\[F_{A\to B}=F_{B\to A}\]
Không viết dấu vectơ khi chỉ độ lớn của lực. Độ lớn không phụ thuộc vào việc vật nào nặng hơn hoặc vật nào đang chuyển động nhanh hơn.
Lưu ý: cả hai lực vẫn tác dụng lên hai vật khác nhau. Độ lớn lực là số không âm.
Gia tốc của từng vật trong tương tác
\[\vec a_A=\frac{\vec F_{B\to A}}{m_A},\qquad \vec a_B=\frac{\vec F_{A\to B}}{m_B}\]
Nếu trong phương ngang chỉ xét cặp lực tương tác giữa A và B (bỏ qua các lực ngang khác), hai vật nhận gia tốc ngược hướng. Gia tốc không nhất thiết bằng nhau về độ lớn nếu \(m_A\ne m_B\).
| Kí hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị SI |
|---|---|---|
| \(m_A,m_B\) | Khối lượng hai vật | kg |
| \(\vec a_A,\vec a_B\) | Gia tốc mỗi vật | m/s² |
Điều kiện: xét trong hệ quy chiếu quán tính, lực tương tác là hợp lực phương ngang của mỗi vật trong mô hình đang xét.
2. Lực và phản lực khác với hai lực cân bằng
Cặp lực và phản lực
Hai lực thuộc hai vật khác nhau, bằng nhau về độ lớn, ngược chiều và cùng loại. Không thể triệt tiêu nhau khi lập phương trình động lực học cho một vật riêng lẻ.
Hai lực cân bằng
Hai lực cùng tác dụng lên một vật và có tổng vectơ bằng không. Ví dụ: trọng lực \(\vec P\) và lực đỡ \(\vec N\) tác dụng lên quyển sách đứng yên trên bàn ngang.
Ví dụ 1 – Hai xe. Xe A có khối lượng 1 kg, B là 2 kg, lực tương tác ngang có độ lớn 6 N. Bỏ qua ma sát ngang: \(|a_A|=6\ \mathrm{m/s^2}\), \(|a_B|=3\ \mathrm{m/s^2}\). Hai xe có lực bằng nhau nhưng gia tốc khác nhau.
Ví dụ 2 – Sách trên bàn. Sách chịu \(\vec P\) xuống dưới và \(\vec N\) lên trên. Đó là hai lực cân bằng nếu sách đứng yên. Cặp phản lực của \(\vec N\) là lực sách tác dụng lên bàn, không phải \(\vec P\).
Thí nghiệm và mô phỏng
Thí nghiệm và mô phỏng
Trước khi bấm chạy, hãy dự đoán kết quả. Cả hai phần minh họa đều chỉ xét lực tương tác A–B; không lấy hai vectơ ở hai vật để cộng thành hợp lực trên một vật.
🧪 Mô phỏng HAT
Hai xe nhận lực bằng nhau nhưng gia tốc khác nhau
Độ lớn lực B tác dụng lên A6 N
Độ lớn lực A tác dụng lên B6 N
Gia tốc xe A−6 m/s²
Gia tốc xe B+3 m/s²
Thời điểm: 0,00 s
Chọn khối lượng và lực, dự đoán chiều chuyển động rồi nhấn chạy.
Mô hình lí tưởng hóa: hai xe xuất phát từ nghỉ, bỏ qua mọi lực ngang ngoài tương tác. Lực có độ lớn không đổi trong 0,50 s đầu (mô hình xung lực hình chữ nhật), sau đó bằng 0. Đây không phải đường biến thiên lực thực tế của lò xo.
Gợi ý kiểm chứng: đổi \(m_B\) nhưng giữ \(F\); so sánh hai lực với hai gia tốc. Vì sao không được kết luận hai lực triệt tiêu nhau trên từng xe?
Quan sát và trả lời
- Hai mũi tên lực có luôn đối hướng và cùng độ lớn không?
- Khi xe B nặng gấp đôi xe A, độ lớn gia tốc xe nào lớn hơn?
- Khi tương tác kết thúc, vận tốc mỗi xe thay đổi thế nào nếu bỏ qua ma sát?
Mô phỏng tự xây dựng bởi HAT; hiển thị rõ giả định của mô hình.
🎥 Thí nghiệm thật
Hai lực kế móc vào nhau – cùng số chỉ
Hai lực kế nối bằng móc, kéo tách ra. Trong cùng một tương tác, lực kế đo được lực bằng nhau về độ lớn ngay cả khi cách kéo thay đổi.
Quan sát và trả lời
- Hai lực kế có chỉ cùng giá trị không?
- Khi tăng lực kéo, hai số chỉ thay đổi như thế nào?
- Hai lực mà hai lực kế đo tác dụng lên vật nào?
Nguồn video thí nghiệm: ETH Zürich, Physics Lecture Experiments, thí nghiệm số 1.3.13 (Two spring balances), nhúng YouTube ở chế độ phát trong bài.
Luyện tập Bài 16 – Định luật III Newton
Luyện tập Bài 16 – Định luật III Newton
8ABCD · 2,00 điểm
4Đúng/Sai · 4,00 điểm
8Trả lời ngắn · 2,00 điểm
2Tự luận · 2,00 điểm
Thang 10 điểm: ABCD và trả lời ngắn 0,25 điểm/câu; Đúng/Sai bốn ý tính theo 0 – 0,10 – 0,25 – 0,50 – 1,00 điểm; phần tự luận chờ học sinh/giáo viên đánh giá theo tiêu chí, không chấm tự động bằng so khớp văn bản.
Bản đồ tư duy bài học
Bản đồ tư duy bài học
Cặp lực trực đối, vật nhận lực, phân biệt lực cân bằng và các hiện tượng thực tế. Nhấn vào sơ đồ để phóng to.
Xem sơ đồ dạng danh sách
Em có biết?
Em có biết?
Newton và lực tương hỗ
- 1687 Newton công bố Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, trình bày ba định luật chuyển động.
- Ngày nay Hai cảm biến lực kết nối có thể ghi đồng thời hai giá trị đối dấu trong thí nghiệm tương tác.
Đi bộ, bơi và tên lửa
- Chân đẩy đất về phía sau, đất đẩy chân về phía trước bởi lực ma sát nghỉ.
- Khi bơi, tay đẩy nước về phía sau, nước đẩy tay về phía trước.
- Tên lửa đẩy khí phụt về phía sau, khí tác dụng lực lên tên lửa về phía trước, kể cả trong chân không.
“Lực bằng nhau” không đồng nghĩa “gia tốc bằng nhau”
Hai vật có khối lượng khác nhau chịu hai lực tương tác bằng nhau về độ lớn. Theo định luật II, độ lớn gia tốc tỉ lệ nghịch với khối lượng nếu các lực đó chính là hợp lực xét theo phương đang nghiên cứu. Chúng không triệt tiêu nhau trên từng vật vì đặt lên hai vật khác nhau.
Đối chiếu: SGK Vật lí 10 Kết nối tri thức, Bài 16; thí nghiệm lực kế ETH Zürich; tài liệu cảm biến lực Purdue University.