Chương III. Động lực học

Bài 15. Định luật 2 Newton

Tìm hiểu mối quan hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc theo định luật 2 Newton.

🟡 Trung bình 45 phút

Lý thuyết Định luật 2 Newton

1 1. Định luật 2 Newton

Nội dung định luật:

Gia tốc của một vật cùng hướng với lực tác dụng lên vật. Độ lớn của gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của lực và tỉ lệ nghịch với khối lượng của vật.

Công thức:

$$\vec{a} = \frac{\vec{F}}{m}$$

hoặc

$$\vec{F} = m\vec{a}$$

Trong đó:

F: lực tác dụng (N = kg.m/s²)
m: khối lượng (kg)
a: gia tốc (m/s²)

2 2. Khối lượng và quán tính

Khối lượng là đại lượng đặc trưng cho mức quán tính của vật.

Tính chất của khối lượng:

Khối lượng là đại lượng vô hướng, luôn dương
Khối lượng có tính cộng: m = m₁ + m₂
Khối lượng không đổi với vị trí trong không gian

Mối quan hệ:

m càng lớn → quán tính càng lớn → a càng nhỏ khi F không đổi
m càng nhỏ → quán tính càng nhỏ → a càng lớn khi F không đổi

3 3. Trọng lượng và khối lượng

Phân biệt khối lượng và trọng lượng:

Đại lượng	Khối lượng (m)	Trọng lượng (P)
Bản chất	Đại lượng vô hướng	Đại lượng vectơ
Đơn vị	kg	N
Công thức	m = F/a	P = mg
Thay đổi theo vị trí	Không	Có (phụ thuộc g)

4 4. Các trường hợp đặc biệt

Khi F = 0: a = 0 → vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều (định luật 1 Newton)

Khi F cùng hướng với v: vật chuyển động nhanh dần

Khi F ngược hướng với v: vật chuyển động chậm dần

Khi F ⊥ v: vật chuyển động cong (ví dụ: vật bị ném ngang)

Các dạng bài tập

1 Dạng 1: Tính gia tốc, lực, khối lượng

Phương pháp giải

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức: F = ma
Chú ý: F, a là các vectơ, cùng phương, cùng chiều
Khi tính độ lớn: F = m|a|

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1

Ví dụ 1: Một ô tô có khối lượng 1,2 tấn đang chuyển động với gia tốc 2 m/s². Tính lực kéo của động cơ.

GIẢI

Giải:

m = 1,2 tấn = 1200 kg

a = 2 m/s²

Áp dụng F = ma = 1200 × 2 = 2400 N

VÍ DỤ 2

Ví dụ 2: Một vật khối lượng 5 kg chịu lực 20 N tác dụng. Tính gia tốc của vật.

GIẢI

Giải:

a = F/m = 20/5 = 4 m/s²

2 Dạng 2: Bài toán chuyển động trên mặt phẳng ngang

Phương pháp giải

Phương pháp giải:

Vẽ hình, phân tích các lực tác dụng
Áp dụng F = ma theo phương chuyển động
F - Fms = ma (khi có ma sát)

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1

Ví dụ 1: Xe tải khối lượng 2 tấn chuyển động trên đường nằm ngang. Lực kéo động cơ 4000N, lực ma sát 1000N. Tính gia tốc của xe.

GIẢI

Giải:

m = 2000 kg

Fk = 4000N, Fms = 1000N

Hợp lực: F = Fk - Fms = 3000N

a = F/m = 3000/2000 = 1,5 m/s²

VÍ DỤ 2

Ví dụ 2: Một vật trượt trên mặt phẳng ngang với hệ số ma sát 0,2. Tính gia tốc của vật (g = 10 m/s²).

GIẢI

Giải:

Các lực tác dụng: trọng lực P, phản lực N, ma sát Fms

Theo phương đứng: N = P = mg

Theo phương ngang: Fms = μN = μmg

Áp dụng F = ma: -Fms = ma → a = -μg = -0,2.10 = -2 m/s²

Dấu (-) cho thấy vật chuyển động chậm dần.

3 Dạng 3: Bài toán thực tế về chuyển động có gia tốc

Phương pháp giải

Phương pháp giải:

Đọc đề, xác định các đại lượng đã biết
Chuyển đổi đơn vị nếu cần
Áp dụng công thức F = ma
Kiểm tra kết quả

Ví dụ minh họa

VÍ DỤ 1

Ví dụ 1 (Thực tế): Một tàu hỏa có khối lượng 200 tấn khởi hành từ trạm. Sau khi đi được 100m, tàu đạt vận tốc 36 km/h. Tính lực kéo trung bình của đầu máy.

GIẢI

Giải:

m = 200 tấn = 200000 kg

v₀ = 0, v = 36 km/h = 10 m/s

s = 100 m

Tính a: v² - v₀² = 2as → 10² - 0 = 2a.100 → a = 0,5 m/s²

F = ma = 200000 × 0,5 = 100000 N = 100 kN

VÍ DỤ 2

Ví dụ 2 (Thực tế): Một người đẩy xe đồ chơi có khối lượng 5 kg với lực đẩy 15N. Xe chuyển động trên mặt phẳng ngang có ma sát 2N. Tính gia tốc xe.

GIẢI

Giải:

m = 5 kg

Fđẩy = 15N, Fms = 2N

Fhl = Fđẩy - Fms = 15 - 2 = 13N

a = Fhl/m = 13/5 = 2,6 m/s²