Vật lí - Các khái niệm và quan hệ (Phần 10)

1.13 Định luật III Newton: Tác dụng – phản tác dụng

Xét tình huống sau đây: Bạn đang đứng trên một sân patanh, chân mang giày patanh và đối mặt với khung cửa sổ. Bạn tác dụng một lực 10 N [tây] lên khung cửa. Loại chuyển động gì sẽ xảy ra do lực này, và chuyển động sẽ xảy ra theo hướng nào?

Bạn sẽ chuyển động về hướng đông, mặc dù bạn vừa tác dụng lực về hướng tây. Kết quả này được giải thích bằng cách áp dụng định luật III Newton:

Trong ví dụ của chúng ta, bạn tác dụng một lực 10 N [tây] lên cửa sổ. Theo định luật III Newton, cửa sổ tác dụng một lực bằng và ngược chiều 10 N [đông] lên người bạn, làm cho bạn gia tốc về hướng đông.

Ví dụ 20. Lực và phản lực không cân bằng

Bạn đang đứng giữa một sân patanh, mặt đối mặt với Eric Lindros. Nếu bạn tác dụng một lực 10 N [tây] lên Eric, thì ai sẽ chuyển động và chuyển động theo hướng nào? Lực do Eric tác dụng lên bạn, và gia tốc tương ứng của bạn là bao nhiêu? Giả sử khối lượng của Eric là 100 kg và của bạn là 70 kg.

Bài giải và liên hệ lí thuyết

Đã biết

m_E = 100 kg               m_B = 70 kg                 F = 10 N [đông]

Xét sơ đồ vật tự do của Eric. Giả sử không có ma sát, chỉ có duy nhất một lực tác dụng lên anh ta nên

a_E = F/m_E = (– 10 N)/(100 kg)

a_E = – 0,1 m/s²

Eric có gia tốc 0,1 m/s² [tây]

Từ định luật III Newton, phản lực tác dụng lên bạn là 10 N [đông], nên

a_B = F/m_B = (10 N)/ (70 kg) = 0,14 m/s²

Gia tốc của bạn là 0,14 m/s² [đông].

Ví dụ 21. Định luật III Newton

Một xe kéo kéo hai toa hàng 2000 kg, A và B, nối với nhau như trên Hình 1.44a. Giả sử xe kéo tác dụng một lực không đổi 500 N, hãy xác định gia tốc của hai toa hàng và lực tại điểm nối giữa hai toa hàng. Giả sử không có ma sát.

Bài giải và liên hệ lí thuyết

Đã biết

m_A = m_B = 2000 kg              F = 5000 N [đông]

Vì xe kéo đang tác dụng một lực không đổi, nên hai toa hàng đang gia tốc. Để tìm gia tốc của hai toa hàng, ta sử dụng định luật II Newton

Gia tốc của hai toa hàng là 1,25 m/s².

Để tìm lực tại điểm nối của hai toa hàng, ta xét toa hàng A. Lực duy nhất tác dụng lên nó là lực do toa hàng B tác dụng (xem Hình 1.44c).

F_BA = m_Aa

F_BA = (2000 kg) (1,25 m/s²)

F_BA = 2,5 × 10³ N

Giờ ta xét toa hàng B.

a =1,25 m/s²

F_hl = ma

Từ Hình 1.44d,

5000 N + F_AB = (2000 kg) (1,25 m/s²)

F_AB = – 2,5 × 10³ N

Hình 1.45 tóm tắt cách giải bài toán liên quan đến các định luật Newton của chuyển động.

1. Nhận ra các cặp tác dụng – phản tác dụng trong từng trường hợp sau đây. Nêu hướng của từng lực (trình bày ở dạng biểu đồ).

1. Một cầu thủ sút một quả bóng đá đang nằm yên về phía đông.
2. Một người lái ca nô dùng mái chèo đẩy nước về phía sau.
3. Một đứa trẻ thả một quả bong bóng chứa đầy không khí, đầu thổi của quả bong bóng để hở.
4. Một quả táo treo trên cành cây.
5. Một cái máy vi tính nằm trên bàn.

2. Xạ thủ bia đất sét luôn chịu định luật III Newton mỗi khi họ thi đấu (Hình 1.47). Hãy giải thích cái xảy ra theo định luật III Newton.

3. Một tàu kéo kéo ba chiếc sà lan nối liền nhau bằng dây cáp (Hình 1.48). Sà lan gần tàu kéo nhất có khối lượng 6000 kg. Sà lan gần tiếp theo có khối lượng 5000 kg, và sà lan cuối cùng có khối lượng 4000 kg.

1. Tính lực tàu kéo phải tác dụng để tăng tốc ba chiếc sà lan với gia tốc 1,5 m/s².
2. Xác định lực căng dây cáp nối giữa mỗi cặp sà lan.

4. Một đàn chó do một người thợ săn Inuit điều khiển kéo hai xe trượt băng (Hình 1.49). Đàn chó có thể tác dụng một lực tối đa 700 N. Mỗi xe trượt băng chịu một lực ma sát không đổi 100 N.

1. Xác định gia tốc của mỗi xe trượt băng, giả sử mỗi xe có khối lượng 300 kg.
2. Lực căng dây nối giữa hai xe trượt bằng bao nhiêu?

Súng trường không giật

Súng trường không giật (Hình 1.50) là một loại đại bác có thể dùng làm vũ khí chống tăng. Một khẩu đạn pháo thông thường phải có khối lượng lớn và lắp cố định an toàn với mặt đất để chống sự giật lùi khi khai hỏa. Do súng trường không giật không bị giật lùi, nên nó có thể có khối lượng nhỏ hơn và có thể gắn một cách kém an toàn hơn trên một xe jeep hay trên một giá ba chân nhỏ.

5. Bạn sẽ thiết kế khẩu súng như thế nào để nó bắn ra một viên đạn có kích cỡ xấp xỉ như đạn đại bác thông thường nhưng không bị giật lùi?

6. Trái đất tác dụng một lực hấp dẫn lên Mặt trăng, và Mặt trăng tác dụng một lực hấp dẫn bằng và ngược chiều lên Trái đất. Tại sao hai lực này không triệt tiêu lẫn nhau? Hãy giải thích câu trả lời của bạn theo các định luật Newton của chuyển động.

Vật lí - Các khái niệm và quan hệ
SGK của Canada - Nhiều tác giả
Bản dịch của  Thuvienvatly.com

<< Phần trước | Phần tiếp theo >>