ĐỊNH LUẬT THỨ HAI CỦA NEWTON: ỨNG DỤNG, THÍ NGHIỆM VÀ BÀI TẬP - VẬT LÝ - 2026

Các Newton 's pháp luật thứ hai hoặc pháp luật cơ bản của quốc gia năng động rằng nếu một đối tượng là đối tượng của một thế lực hay một tập hợp các lực lượng đang không bị hủy bỏ, sau đó đối tượng sẽ được tăng tốc theo hướng của lực lượng kết quả, đó là khả năng tăng tốc tỉ lệ với cường độ của lưới lực đó và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Nếu F là lực lượng ròng F của hàng loạt đối tượng và để tăng tốc mua, sau đó định luật thứ hai của Newton được thể hiện về mặt toán học như sau : một = F / M hoặc ở dạng thông thường nhất F = M ∙ đến

Giải thích định luật II Newton. Nguồn: tự làm.

Giải thích và công thức

Như đã giải thích ở trên, cách thông thường để diễn đạt định luật thứ hai là với công thức:

F = M ∙ a

Cả gia tốc và lực đều phải được đo từ hệ quy chiếu quán tính. Lưu ý rằng khối lượng là một đại lượng dương, vì vậy gia tốc hướng cùng chiều với lực kết quả.

Cũng lưu ý rằng khi lực kết quả bằng không ( F = 0 ) thì gia tốc cũng sẽ bằng không ( a = 0 ) bất cứ khi nào M> 0. Kết quả này hoàn toàn đồng ý với định luật đầu tiên của Newton hay định luật quán tính.

Định luật đầu tiên của Newton thiết lập các hệ quy chiếu quán tính là những hệ quy chiếu chuyển động với vận tốc không đổi đối với một hạt tự do. Trong thực tế và cho mục đích của các ứng dụng phổ biến nhất, một hệ quy chiếu cố định với mặt đất hoặc bất kỳ hệ quy chiếu nào khác chuyển động với tốc độ không đổi đối với nó, sẽ được coi là quán tính.

Lực là biểu thức toán học về tương tác của vật thể với môi trường. Lực có thể là một đại lượng không đổi hoặc thay đổi theo thời gian, vị trí và tốc độ của vật.

Đơn vị trong Hệ thống quốc tế (SI) cho lực là Newton (N). Khối lượng trong (SI) được đo bằng (kg) và gia tốc tính bằng (m / s ² ). Lực một Newton là lực cần thiết để gia tốc một vật khối lượng 1 kg với vận tốc 1 m / s ² .

Bài tập đã giải

Bài tập 1

Người ta thả rơi một vật khối lượng m từ độ cao nhất định thì đo được gia tốc rơi 9,8 m / s².

Điều tương tự cũng xảy ra với một vật khác khối lượng m 'và một vật khác khối lượng m' 'và một vật khác và vật khác. Kết quả luôn là gia tốc trọng trường ký hiệu là g và bằng 9,8 m / s². Trong các thí nghiệm này, hình dạng của vật và giá trị khối lượng của nó sao cho lực cản của không khí là không đáng kể.

Người ta yêu cầu tìm ra một mô hình cho lực hút của trái đất (được gọi là trọng lượng) phù hợp với kết quả thí nghiệm.

Giải pháp

Ta chọn một hệ quy chiếu quán tính (cố định đối với mặt đất) có chiều dương của trục X thẳng đứng và hướng xuống.

Lực duy nhất tác dụng lên vật khối lượng m là lực hút trên cạn, lực này gọi là trọng lượng P, khi hướng xuống dưới thì nó có giá trị dương.

Gia tốc mà vật khối lượng m thu được khi thả tay là a = g, hướng xuống dưới và có chiều dương.

Chúng tôi đề xuất định luật thứ hai của Newton

P = ma

Mô hình của P sao cho gia tốc dự đoán theo định luật thứ hai là g không phụ thuộc vào giá trị của m? : Phương án duy nhất là P = mg bất cứ khi nào m> 0.

mg = ma từ đó chúng ta giải cho: a = g

Chúng ta kết luận rằng trọng lượng, lực mà Trái đất hút một vật sẽ là khối lượng của vật đó nhân với gia tốc trọng trường và hướng của nó là thẳng đứng và hướng xuống dưới.

P = m ∙ g

Bài tập 2

Một vật khối lượng 2 kg đặt trên một mặt sàn hoàn toàn phẳng và nằm ngang. Nếu đặt một lực 1 N vào nó thì khối đó thu được gia tốc nào và sau 1 s sẽ có vận tốc như thế nào.

Giải pháp

Điều đầu tiên là xác định một hệ tọa độ quán tính. Một người đã được chọn với trục X trên sàn và trục Y vuông góc với nó. Sau đó, một biểu đồ lực được tạo ra, đặt các lực do tương tác của khối với môi trường của nó.

Lực N tượng trưng cho pháp tuyến, là lực hướng lên theo phương thẳng đứng mà mặt sàn tác dụng lên khối M. Biết rằng N cân bằng chính xác P vì khối không chuyển động theo phương thẳng đứng.

F là lực nằm ngang tác dụng lên khối M, hướng theo chiều dương của trục X.

Lực thuần là tổng của tất cả các lực tác dụng lên khối M. Ta lập véc tơ tổng của F, P và N. Vì P và N bằng nhau và ngược chiều nên chúng triệt tiêu nhau, và lực thuần là F.

Vì vậy gia tốc thu được sẽ là thương số của lực thuần và khối lượng:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Vì khối bắt đầu từ trạng thái nghỉ nên sau 1s vận tốc của nó sẽ thay đổi từ 0 m / s đến 0,5 m / s.

Các ứng dụng của Định luật II Newton

Tăng tốc thang máy

Một cậu bé sử dụng cân trong phòng tắm để đo trọng lượng của mình. Giá trị bạn nhận được là 50 kg. Sau đó, cậu bé mang quả nặng đến thang máy của tòa nhà vì cậu muốn đo gia tốc của thang máy. Kết quả thu được khi khởi động là:

• Cân ghi lại khối lượng 58 kg trong 1,5 s
• Sau đó đo lại 50 kg.

Với những dữ liệu này, hãy tính gia tốc của thang máy và tốc độ của nó.

Giải pháp

Cân đo trọng lượng bằng một đơn vị gọi là lực ki-lô-gam. Theo định nghĩa, kilogram_force là lực mà hành tinh Trái đất hút một vật có khối lượng 1 kg.

Khi lực duy nhất tác dụng lên vật là trọng lượng của nó thì vật có gia tốc 9,8 m / s². Vậy 1 kg_f bằng 9,8 N.

Trọng lượng P của cậu bé khi đó là 50 kg * 9,8m / s² = 490 N

Trong quá trình tăng tốc, cân tác dụng một lực N lên chàng trai là 58 kg_f tương đương với 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.

Gia tốc của thang máy sẽ được cho bởi:

a = N / M - g = 568,4 N / 50 kg - 9,8 m / s² = 1,57 m / s²

Vận tốc mà thang máy thu được sau 1,5 s với gia tốc 1,57 m / s² là:

v = a * t = 1,57 m / s² * 1,5 s = 2,36 m / s = 8,5 Km / h

Hình sau là biểu đồ của các lực tác dụng lên cậu bé:

Hũ mayonnaise

Một cậu bé đưa lọ sốt mayonnaise cho anh trai mình, người ở đầu bàn bên kia. Vì vậy, nó lái nó theo cách sao cho nó đạt được tốc độ 3 m / s. Từ lúc thả chai đến khi dừng lại ở đầu bàn đối diện, quãng đường đi được là 1,5 m.

Xác định giá trị của lực ma sát mà bàn tác dụng lên bình, biết bình có khối lượng 0,45 kg.

Giải pháp

Đầu tiên chúng ta sẽ xác định gia tốc phanh. Đối với điều này, chúng ta sẽ sử dụng mối quan hệ sau, đã biết từ chuyển động thẳng đều gia tốc đều:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

Trong đó Vf là vận tốc cuối, Vi là vận tốc ban đầu, tại gia tốc và d là độ dời.

Gia tốc thu được từ lần liên hệ trước là, tại đó độ dịch chuyển của bình là dương.

a = (0 - 9 (m / s) ²) / (2 * 1,5 m) = -3 m / s²

Lực thực tác dụng lên lọ mayonnaise là lực ma sát, vì pháp tuyến và trọng lượng của lọ cân bằng: Fnet = Fr.

Fr = m * a = 0,45 kg * (-3 m / s²) = -1,35 N = -0,14 kg-f

Thử nghiệm cho trẻ em

Trẻ em và người lớn có thể thực hiện các thí nghiệm đơn giản cho phép họ xác minh rằng định luật thứ hai của Newton thực sự hoạt động trong cuộc sống thực. Đây là hai điều rất thú vị:

Thí nghiệm 1

Một thí nghiệm đơn giản yêu cầu quy mô phòng tắm và thang máy. Đưa một quả nặng trong phòng tắm vào thang máy và ghi lại các giá trị mà nó đánh dấu trong quá trình khởi động lên, bắt đầu đi xuống và trong thời gian bạn đang di chuyển với tốc độ không đổi. Tính gia tốc thang máy cho từng trường hợp.

Thí nghiệm 2

1. Đi ô tô đồ chơi có bánh xe được bôi trơn tốt
2. Gắn một sợi dây vào cuối.
3. Ở cạnh bàn, dán một chiếc bút chì hoặc một vật hình trụ nhẵn khác mà dây sẽ chạy trên đó.
4. Ở đầu kia của sợi dây treo một cái giỏ nhỏ, bạn sẽ đặt một số đồng xu hoặc thứ gì đó làm trọng lượng.

Sơ đồ của thử nghiệm được hiển thị bên dưới:

• Buông xe và xem nó tăng tốc.
• Sau đó, tăng khối lượng của giỏ hàng bằng cách đặt tiền xu lên đó hoặc một thứ gì đó làm tăng khối lượng của nó.
• Cho biết gia tốc tăng hay giảm. Cho thêm bột vào xe, xem nó tăng tốc và hoàn thành.

Xe sau đó được để lại mà không có thêm trọng lượng và được phép tăng tốc. Sau đó, người ta đặt thêm trọng lượng vào giỏ để tăng lực tác dụng lên giỏ.

• So sánh gia tốc với trường hợp trước, cho biết nó tăng hay giảm. Bạn có thể lặp lại thêm trọng lượng vào giỏ và quan sát gia tốc của giỏ hàng.
• Cho biết nó tăng hay giảm.
• Phân tích kết quả của bạn và cho biết liệu chúng có đồng ý với định luật thứ hai của Newton hay không.

Các bài báo quan tâm

Ví dụ về định luật thứ hai của Newton.

Định luật đầu tiên của Newton.

Ví dụ về định luật thứ hai của Newton.

Người giới thiệu

1. Alonso M., Finn E. 1970. Vật lý tập I: Cơ học. Quỹ Giáo dục Liên Hoa Kỳ SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Khoa học Vật lý Khái niệm. Phiên bản thứ năm. 41-46.
3. Còn trẻ, Hugh. 2015. Vật lý Đại học với Vật lý Hiện đại. 14 Ed. Pearson. 108-115.