Các Công Thức Của Các Định Luật Niuton

Trong lĩnh vực vật lý, định luật Newton về chuyển động đóng vai trò nền tảng, thiết lập khuôn khổ cho cơ học cổ điển. Các định luật này, được Ngài Isaac Newton đưa ra vào thế kỷ 17, mô tả mối quan hệ giữa một vật thể và các lực tác động lên nó, cũng như chuyển động của vật thể đó do tác động của các lực này. Hiểu biết sâu sắc về các công thức của các định luật Newton là chìa khóa để giải thích và dự đoán hành vi của các vật thể chuyển động, từ những vật thể nhỏ bé như quả bóng tennis cho đến những vật thể khổng lồ như các hành tinh trong hệ mặt trời.

Định luật I Newton: Định luật Quán tính

Công thức: Không có công thức toán học cụ thể cho định luật I Newton.

Nội dung: Định luật I Newton phát biểu rằng một vật thể đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên, và một vật thể đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều với vận tốc không đổi, trừ khi có một lực bên ngoài tác động lên nó. Nói cách khác, vật thể có xu hướng “chống lại” sự thay đổi trạng thái chuyển động của nó.

Ví dụ:

Một quyển sách nằm yên trên bàn sẽ không tự di chuyển trừ khi có lực tác động, chẳng hạn như lực đẩy từ tay bạn.
Một người đang trượt patin trên bề mặt băng phẳng sẽ tiếp tục trượt với vận tốc không đổi cho đến khi gặp lực cản từ ma sát hoặc lực tác động từ bên ngoài.

Định luật II Newton: Định luật Gia tốc

Công thức: F = ma

Trong đó:

F là lực tác dụng lên vật thể (đơn vị: Newton – N).
m là khối lượng của vật thể (đơn vị: kilogam – kg).
a là gia tốc của vật thể (đơn vị: mét trên giây bình phương – m/s²).

Nội dung: Định luật II Newton thiết lập mối quan hệ toán học giữa lực, khối lượng và gia tốc. Lực tác dụng lên một vật thể bằng khối lượng của vật thể đó nhân với gia tốc mà nó gây ra. Điều này có nghĩa là lực càng lớn, gia tốc càng lớn và ngược lại. Tương tự, khối lượng càng lớn, gia tốc càng nhỏ khi chịu cùng một lực.

Ví dụ:

Đẩy một chiếc xe đẩy hàng rỗng dễ dàng hơn đẩy một chiếc xe đẩy hàng đầy ắp đồ vì khối lượng của chiếc xe đẩy rỗng nhỏ hơn, do đó gia tốc lớn hơn với cùng một lực đẩy.
Một quả bóng tennis khi bị đánh sẽ có gia tốc lớn hơn so với một quả bóng bowling bị đánh với cùng một lực, do khối lượng của quả bóng tennis nhỏ hơn.

Định luật III Newton: Định luật Tác dụng và Phản tác dụng

Công thức: FAB = -FBA

Trong đó:

FAB là lực do vật thể A tác dụng lên vật thể B.
FBA là lực do vật thể B tác dụng lên vật thể A.

Nội dung: Định luật III Newton khẳng định rằng với mọi lực tác dụng, luôn tồn tại một lực phản tác dụng có cùng độ lớn và ngược hướng. Nói cách khác, khi vật thể A tác dụng một lực lên vật thể B, vật thể B cũng đồng thời tác dụng một lực có độ lớn bằng nhau và ngược hướng lên vật thể A.

Ví dụ:

Khi bạn nhảy lên khỏi mặt đất, bạn tác dụng một lực xuống đất. Đồng thời, mặt đất cũng tác dụng một lực ngược chiều lên bạn, đẩy bạn lên cao.
Khi một quả bóng đập vào tường, quả bóng tác dụng một lực lên tường. Tường cũng đồng thời tác dụng một lực ngược chiều lên quả bóng, khiến nó bật trở lại.

Newton's Laws of Motion Illustration

Kết luận

Ba định luật Newton về chuyển động tạo thành nền tảng cho cơ học cổ điển và đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Bằng cách áp dụng các công thức và nguyên tắc của các định luật này, chúng ta có thể giải thích và dự đoán hành vi của các vật thể chuyển động trong nhiều tình huống khác nhau.

Câu hỏi thường gặp

1. Định luật nào của Newton giải thích tại sao chúng ta cần thắt dây an toàn khi ngồi trên xe ô tô?

Đó là Định luật I Newton, hay Định luật Quán tính. Khi xe phanh gấp, cơ thể chúng ta theo quán tính vẫn tiếp tục di chuyển về phía trước. Dây an toàn giúp giữ chúng ta lại, ngăn cản cơ thể va chạm với kính chắn gió hoặc bảng điều khiển.

2. Làm thế nào để tăng gia tốc của một vật thể?

Theo Định luật II Newton (F = ma), có hai cách để tăng gia tốc của một vật thể: