VẬT LÍ 10 - KẾT NỐI TRI THỨC VỚI CUỘC SỐNG

BÀI 14.
ĐỊNH LUẬT 1 NEWTON

Isaac Newton (1642–1727)

KHỞI ĐỘNG: Tàu vũ trụ Voyager
Hình bên cho thấy một trong hai con tàu vũ
trụ Voyager đang làm nhiệm vụ thăm dò các
hành tinh nằm xa Trái Đất trong hệ Mặt Trời.
Chúng được phóng lên từ Mũi Canaveral,
Florida (Hoa Kỳ) vào năm 1977 và hiện nay
cả hai con tàu đã ra khỏi hệ Mặt Trời, đang
tiếp tục hoạt động và gửi thông tin về Trái
Đất.
Câu hỏi mở đầu: Điều gì đã giúp cho
tàu Voyager tiếp tục chuyển động rời xa
Trái Đất, mặc dù thực tế không còn lực
nào tác dụng lên chúng nữa?

Tàu vũ trụ Voyager (Nguồn: NASA)

I. LỰC VÀ CHUYỂN ĐỘNG
Lực có phải là nguyên nhân làm cho một vật chuyển động và
duy trì chuyển động đó hay không?
Câu hỏi
Một quyển sách đang nằm yên trên mặt bàn.
Ta phải đẩy nó thì nó mới dịch chuyển và
khi ngừng đẩy thì nó dừng lại. Nếu em đặt
mình vào thời của nhà khoa học Hy Lạp
Aristotle (384 – 322 TCN), khi mà mọi
người còn chưa biết đến ma sát, thì em sẽ trả
lời câu hỏi này như thế nào?

Đẩy sách trên mặt bàn

Thí nghiệm của Galilei (Hình 14.1)
Galilei bố trí thí nghiệm như Hình 14.1, rồi thả hòn bi
cho lăn xuống theo máng nghiêng 1. Ông nhận thấy
hòn bi lăn ngược lên máng 2 đến một độ cao thấp hơn
độ cao ban đầu.
Khi hạ thấp độ nghiêng của máng 2, ông thấy hòn bi
lăn trên máng 2 được một đoạn dài hơn. Ông cho rằng
hòn bi không lăn được đến độ cao ban đầu là vì có ma
sát.
Tiên đoán của Galilei: Nếu không có ma sát
và nếu máng nghiêng 2 nằm ngang thì hòn bi
sẽ lăn mãi mãi với vận tốc không đổi.

II. ĐỊNH LUẬT 1 NEWTON
Năm 1687, nhà vật lí người Anh Newton đã khái quát
kết quả nghiên cứu của mình, đồng thời phát triển các
ý tưởng của Galilei thành một định luật chuyển động,
sau này được gọi là định luật 1 Newton.

PHÁT BIỂU ĐỊNH LUẬT 1 NEWTON
“Nếu một vật không chịu tác dụng của lực
nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp
lực bằng không, thì vật đang đứng yên sẽ
tiếp tục đứng yên, đang chuyển động sẽ
tiếp tục chuyển động thẳng đều.”

Isaac Newton — ông đã công bố
định luật năm 1687

Quan sát Hình 14.2 — Câu hỏi 1
Câu hỏi
Giải thích tại sao quả cầu đứng yên.
ĐÁP ÁN

a) Quả cầu đứng yên
khi được treo vào một
sợi dây

Quả cầu đứng yên vì chịu tác dụng của hai lực
cân bằng: trọng lực P (hướng thẳng đứng
xuống dưới) và lực căng của sợi dây T (hướng
thẳng đứng lên trên). Hợp lực của hai lực này
bằng 0, nên theo định luật 1 Newton quả cầu
giữ nguyên trạng thái đứng yên.

Quan sát Hình 14.2 — Câu hỏi 2
Câu hỏi

Tại sao người trượt ván có thể giữ
nguyên vận tốc của mình?

ĐÁP ÁN
b) Người trượt ván chuyển động với
vận tốc không đổi

Người trượt ván chuyển động với
vận tốc không đổi (chuyển động
thẳng đều) vì hợp lực tác dụng
lên người và ván trượt bằng 0.

III. QUÁN TÍNH — 1. Khái niệm quán tính

Tính chất bảo toàn trạng thái đứng yên
hay chuyển động của vật, gọi là quán tính
của vật.
• Do có quán tính mà mọi vật đều có xu hướng bảo
toàn vận tốc cả về hướng và độ lớn.
• Định luật 1 Newton còn được gọi là định luật
quán tính.

Vận dụng 1 — Hành khách trong ô tô
Câu hỏi: Mô tả và giải thích điều gì xảy ra
đối với một hành khách ngồi trong ô tô ở các
tình huống:
a) Xe đột ngột tăng tốc.
b) Xe phanh gấp.
c) Xe rẽ nhanh sang trái.
Đáp án
a) Xe đột ngột tăng tốc: thân người do quán tính muốn giữ vận tốc cũ (nhỏ hơn), nên
bị nghiêng/lùi về phía sau (lưng ép vào lưng ghế).
b) Xe phanh gấp: thân người do quán tính muốn giữ vận tốc cũ (lớn hơn), nên lao về
phía trước. Đây là lý do phải thắt dây an toàn.
c) Xe rẽ nhanh sang trái: thân người do quán tính muốn giữ chuyển động thẳng theo
hướng cũ, nên nghiêng/lao về phía phải (ngược chiều với hướng rẽ của xe).

Vận dụng 2 — Câu hỏi trắc nghiệm
Câu hỏi: Một vật đang chuyển động với vận tốc 3 m/s dưới tác dụng của các lực.
Nếu bỗng nhiên các lực này mất đi thì:
A. Vật dừng lại ngay.
B. Vật đổi hướng chuyển động.
C. Vật chuyển động chậm dần rồi dừng lại.
D. Vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.

ĐÁP ÁN: D. Vật tiếp tục chuyển động theo hướng cũ với vận tốc 3 m/s.
Giải thích: Khi các lực mất đi, hợp lực bằng 0; theo định luật 1 Newton, vật chuyển
động thẳng đều.

Vận dụng 3 — Vật nằm yên trên mặt bàn
Câu hỏi: Một vật đang nằm yên trên mặt bàn nằm ngang. Tại
sao ta có thể khẳng định rằng bàn đã tác dụng một lực lên nó?
Đáp án
Vật nằm yên trên mặt bàn nằm ngang,
tức là vật chịu tác dụng của 2 lực cân
bằng. Dễ nhận thấy, vật chịu tác dụng
của lực hút Trái Đất. Lực cân bằng với
lực hút Trái Đất là lực của bàn tác dụng
lên vật.

2. Ứng dụng quán tính
Câu hỏi: Khi ngồi trên ô tô, tàu
lượn cao tốc hoặc máy bay, hành
khách luôn được nhắc thắt dây an
toàn. Giải thích điều này.
Đáp án
Khi xe (ô tô, tàu lượn cao tốc, máy bay) đang chuyển động nhanh mà bỗng
phanh gấp hoặc va chạm, xe dừng lại đột ngột; hành khách do quán tính tiếp
tục lao về phía trước, có thể đập vào kính lái, ghế trước hoặc bị văng ra ngoài,
gây chấn thương nặng. Dây an toàn giữ hành khách bám vào ghế, hạn chế
chuyển động do quán tính và giảm thương tích.

Ứng dụng — Tra đầu búa vào cán (Hình 14.4)
Câu hỏi: Để tra đầu búa vào cán, nên chọn cách nào dưới đây?
Giải thích tại sao.
Đáp án: Nên chọn cách a —
đập mạnh cán búa xuống
đất.

a) Đập mạnh cán búa
xuống đất

b) Đập mạnh đầu búa
xuống đất

Giải thích: Vì khi gõ mạnh
xuống đất, cán búa bị giữ lại
còn đầu búa vẫn chuyển động
theo quán tính và ngập sâu
vào cán.

EM ĐÃ HỌC
• 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 đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên,
đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động
thẳng đều.

• Quán tính của vật là tính chất bảo
toàn trạng thái đứng yên hay chuyển động.

EM CÓ THỂ (1) — Kéo tờ giấy dưới cốc nước (Hình 14.5)
Yêu cầu: Dùng khái niệm quán tính

để giải thích hiện tượng khi dùng tay kéo
từ từ tờ giấy và khi giật mạnh tờ giấy.

Hình 14.5. Cốc nước đặt trên tờ giấy

Giải thích
• Kéo từ từ: Ma sát giữa tờ giấy và
đáy cốc đủ lớn và tác dụng đủ lâu,
kéo cốc nước chuyển động theo tờ
giấy → cốc di chuyển cùng với giấy.
• Giật mạnh: Tờ giấy bị rút ra rất
nhanh, thời gian tương tác rất ngắn,
lực ma sát không kịp truyền chuyển
động đáng kể cho cốc. Do quán tính,
cốc nước giữ nguyên trạng thái đứng
yên tại chỗ, tờ giấy lọt ra mà cốc
không bị đổ.

EM CÓ THỂ (2) — Tai nạn giao thông & quán tính
Giải thích được nguyên nhân nhiều vụ tai nạn giao thông liên quan đến
quán tính. Em hãy nêu một số ví dụ và cách phòng tránh.
Một số ví dụ
• Xe máy va chạm, người lái bị văng ra xa do
quán tính.
• Ô tô phanh gấp, hành khách không thắt dây
an toàn lao về phía trước đập vào kính.
• Hàng hóa trên xe tải không được buộc chặt
bị văng khi xe phanh gấp.
• Xe chạy nhanh rẽ cua gấp bị lật do quán
tính giữ chuyển động thẳng.
• Người đi xe đạp phanh trước quá mạnh bị
văng qua đầu xe.

Cách phòng tránh
• Thắt dây an toàn (ô tô), đội mũ bảo hiểm
(xe máy).
• Giữ khoảng cách an toàn với xe phía trước.
• Chạy đúng tốc độ quy định.
• Buộc chặt hàng hóa trên xe.
• Không uống rượu bia khi lái xe.
• Phanh từ từ (ưu tiên phanh sau với xe 2
bánh).
• Giữ tầm quan sát.

Giải đáp câu hỏi mở đầu — Tàu Voyager
Đáp án câu hỏi mở đầu
Do quán tính của tàu. Sau khi tên lửa
đẩy tắt, tàu không còn lực đẩy nhưng
do có quán tính (định luật 1 Newton)
nó tiếp tục giữ vận tốc và hướng
chuyển động, bay ra xa hệ Mặt Trời.
(Lực hấp dẫn từ Mặt Trời và các hành
tinh còn rất nhỏ ở khoảng cách xa.)