Các định luật về chuyển động của newton

Định luật I Định luật quán tính: Một vật không chịu tác dụng của một lực nào hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, hay còn nói cách khác là các lực cân bằng thì nó vẫn giữ ng

Các định luật về chuyển động của Newton

Nguyên bản định luật I và II của Newton được viết bằng tiếng

Latin trong cuốnPrincipia Mathematica.

Các định luật về uyển động của Newton là một hệ

thống gồm 3 định luật đặt nền móng cơ bản chocơ học

cổ điển Chúng mô tả mối quan hệ giữa một vật thể và

các lực tác động cũng như chuyển động của vật thể đó

Các định luật đã được diễn giải theo nhiều cách khác

nhau trong suốt 3thế kỷsau đó,[1] và có thể tóm tắt

như sau:

1 Định luật I (Định luật quán tính): Một vật không

chịu tác dụng của một lực nào hoặc chịu tác dụng

của các lực có hợp lực bằng 0, hay còn nói cách

khác là các lực cân bằng thì nó vẫn giữ nguyên

trạng tháiđứng yênhoặc chuyển động đều.[2][3]

2 Định luật II:Vector gia tốccủa một vật luôn cùng

hướng với lực tác dụng lên vật Độ lớn của vector

gia tốc tỉ lệ thuận với độ lớn của vector lực và tỉ

lệ nghịch vớikhối lượng của vật Định luật này

thường được phát biểu dưới dạng phương trình

F=ma, với F làlựctác dụng lên vật, m làkhối lượng của vật và a làgia tốccủa vật đó

3 Định luật III: Khi một vật tác dụng lực lên vật thể

thứ hai, vật thứ hai sẽ tác dụng một lực cùng độ lớn và ngược chiều so với vật thứ nhất

Cả ba định luật được nhà vật lý học Issac Newton tìm ra lần đầu tiên và được xuất bản trong cuốn

sách Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Các nguyên lý toán học của triết học tự nhiên) năm 1687.[4] Newton dùng những định luật này để giải thích và nghiên cứu chuyển động của các vật thể, ví dụ như chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời.[5]

1 Tổng quan

Các định luật chuyển động của Newton đều được áp dụng cho các vật thể được lý tưởng hóa thành cácchất điểmvới kích thước vô cùng nhỏ so với quỹ đạo của nó

Do vậy, các định luật này có thể áp dụng được cả với các ngôisaovà cáchành tinh, khi mà kích thước của các vật thể rất lớn nhưng vẫn có thể coi là các chất điểm nếu

so sánh với quỹ đạo của chúng Ban đầu, các định luật của Newton không thể sử dụng được với chuyển động của cácvật rắnhoặc các vật thể có khối lượng biến đổi Năm 1750,Leonard Eulertổng quát hoá các định luật của Newton và đưa raCác định luật về chuyển động của Euler Nếu như một vật rắn được biểu thị như tập hợp của vô số chất điểm thì định luật của Euler có thể được coi là một hệ quả của định luật Newton Tuy nhiên, các định luật của Euler có thể áp dụng cho chuyển động của các vật thể mà không cần biết đến hình dáng của vật thể

2 Định luật I 2.1 Phát biểu

Định luật I của Newton được phát biểu như sau: Định luật có thể viết dưới dạng toán học:

∑

F = 0 ⇒ dvdt = 0.

1

2 3 ĐỊNH LUẬT II

Lex I: Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi

vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus a

viribus impressis cogitur statum illum mutare

Nguyên bản tiếng Latin từ cuốn Principa,1687

Nhà khoa học Hy Lạp cổAristotletin rằng tất cả mọi

thứ đều có vị trí riêng của nó trong vũ trụ Những vật

nặng như hòn đá hay cây cỏ do vậy sẽ có xu hướng ở lại

Trái Đất, còn những vật nhẹ như lửa hay không khí sẽ

có xu hướng ở trên không trung và những ngôi sao sẽ

có xu hướng ở trên thiên đàng[6] Từ đó, Aristotle cho

rằng mọi vật thể đều ở trạng thái ban đầu là trạng thái

nghỉ (trạng thái trong vị trí của nó), do vậy để một vật

thể chuyển động thẳng đều, cần phải có một lực không

đổi tác dụng vào vật trong suốt quá trình chuyển động

Tuy nhiên,Galileo Galileicho rằng không cần đến lực

để vật thể di chuyển thẳng đều eo Gallilei, một vật

chuyển động luôn có khuynh hướng giữ nguyên trạng

thái chuyển động (quán tính) của nó Trạng thái chuyển

động ở đây được đặc trưng bởivận tốc(hay tổng quát

làđộng lượng) của chuyển động Nếu không chịu tác

dụng bởi một tổng lực khác không thì một vật đang

đứng yên sẽ đứng yên mãi mãi, và một vật đang chuyển

động sẽchuyển động thẳng đềumãi mãi Định luật I

của Newton được bắt nguồn từ định luật quán tính của

Galilei và được mở rộng cho trường hợp tổng các lực

bằng 0

Cùng thời với Newton, nhiều nhà khoa học khác cũng

đã phát biểu định luật quán tính, tiêu biểu nhưomas

Hobbe[7]vàRené Descartes

Những nhà du hành vũ trụ bay với vận tốc thay đổi so với hệ

quy chiếu Trái Đất nên họ phải chịu thêm một lực quán tính cân

bằng với lực hấp dẫn Do vậy, tổng các lực tác dụng lên họ bằng

0 trong hệ quy chiếu tàu vũ trụ Khi đó, các vật thể chỉ cần tác

động nhẹ sẽ di chuyển thẳng đều mãi mãi

Định luật I chỉ ra rằng lực không phải là nguyên nhân

cơ bản gây ra chuyển động của các vật, mà đúng hơn

là nguyên nhân gây ra sự thay đổi trạng thái chuyển động (thay đổi vận tốc/động lượng của vật)

Nếu không xét tới cáclực quán tính, định luật I của Newton chỉ nghiệm đúng trong cáchệ quy chiếu quán tính, tức là hệ quy chiếu có vận tốc không đổi so với nhau Nói cách khác, định luật I tiên đoán sự tồn tại của ít nhất một hệ quy chiếu quán tính, trong đó vật thể không thay đổi vận tốc nếu như tổng các lực tác dụng lên nó bằng 0 Nếu áp dụng định luật này đối với cáchệ quy chiếu phi quán tính, chúng ta phải thêm vào

lực quán tính Khi đó, tổng lực bằnglực cơ bảncộng lực quán tính Như vậy, định luật I Newton còn có thể phát biểu dưới dạng:

Trong mọi vũ trụ hữu hình, chuyển động của một chất điểm trong một hệ quy chiếu cho trước Φ sẽ được quyết định bởi tác động của các lực luôn triệt tiêu nhau khi và chỉ khi vân tốc của chất điểm đó bất biến trong Φ Nói cách khác, một chất điểm luôn ở trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều trong hệ quy chiếu Φ trừ khi có một ngoại lực khác 0 tác động lên chất điểm đó[8]

Trong thực tế, không có hệ quy chiếu nào là hệ quy chiếu quán tính hoàn toàn Tuy nhiên, trong nhiều

trường hợp cụ thể, một hệ quy chiếu có thể coi gần đúng là hệ quy chiếu quán tính Ví dụ, khi xét chuyển

động của các vật trên bề mặt Trái đất, người ta thường xem hệ quy chiếu gắn với mặt đất như một hệ quy chiếu quán tính[9]

3 Định luật II 3.1 Phát biểu

Định luật II phát biểu như sau:

Định luật có thể viết dưới dạng toán học:

t ⃗ p = ⃗ J

Với:

• ⃗F là tổng ngoạilựctác dụng lên vật (trongSI, lực

đo bằng đơn vịN)

• ⃗p làđộng lượngcủa vật (trongSI, động lượng đo bằng đơn vịkg m/s)

• t làthời gian(trongSI, thời gian đo bằng đơn vịs)

3.2 Ý nghĩa

Lex II: Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressae, et fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur

3.4 Định luật 2 Newton trong thuyết tương đối hẹp 3

Nguyên bản tiếng Latin từ cuốn Principa,1687

eo phát biểu ban đầu của Newton, xung lực J được

hiểu như là tích phân của một ngoại lực F trong khoảng

thời gian Δt[10][11]: J =∫

∆t F dt.

Từ đó ta có:

J = F dt = dp.hay:

F = dpdt =d(mv) dt

Bởi vì chủ yếu các vật thể sẽ có khối lượng không thay

đổi[12], định luật thường được biết đến dưới dạng:

F = mdv

dt = m a,

Với F là ngoại lực tác dụng lên vật, m là khối lượng của

vật và a là gia tốc của vật Như vậy, mọi ngoại lực tác

dụng lên vật sẽ sản sinh ra một gia tốc tỉ lệ thuận với

độ lớn của lực Nói cách khác, nếu một vật có gia tốc, ta

biết có lực tác dụng lên vật đó Phương trình toán học

trên đưa ra một định nghĩa cụ thể và chính xác cho khái

niệmlực Lực, trong vật lý, được định nghĩa là sự thay

đổi của động lượng trong một đơn vị thời gian Như vậy,

tổng ngoại lực tác dụng lên một vật tại một thời điểm

nhất định (lực tức thời) được biểu thị bởi tốc độ thay

đổi động lượng của vật tại thời điểm đó Động lượng

của vật biến đổi càng nhanh khi ngoại lực tác dụng lên

vật càng lớn và ngược lại

Ngoài việc đưa ra định nghĩa cho lực, định luật 2

Newton còn là nền tảng củađịnh luật bảo toàn động

lượngvàđịnh luật bảo toàn cơ năng Hai định luật này

có ý nghĩa quan trọng trong việc đơn giản hóa nghiên

cứu về chuyển động và tương tác giữa các vật

3.3 Định luật 2 Newton trong cơ học cổ

điển

Trongcơ học cổ điển,khối lượngcó giá trị không đổi,

bất kể chuyển động của vật Do đó, phương trình định

luật 2 Newton trở thành:

⃗

F = d⃗ p

dt =

dm⃗ v

d⃗ v dt

⃗

F = m⃗a

Với:

• m làkhối lượngcủa vật (trongSI, khối lượng đo

bằng đơn vịkg)

• ⃗a làgia tốccủa vật (trongSI, gia tốc đo bằng đơn

vịm/s2)

Như vậy trong cơ học cổ điển, tổng ngoại lực bằng tích

của khối lượng và gia tốc

Cũng trong cơ học cổ điển, khi không xét tớilực quán tính, định luật 2, giống như định luật 1, chỉ đúng trong

hệ quy chiếu quán tính Khi áp dụng cho hệ quy chiếu không quán tính, cần thêm vào lực quán tính

3.4 Định luật 2 Newton trong thuyết tương đối hẹp

Trongthuyết tương đối hẹp, định luật 2 Newton được

mở rộng để áp dụng cho liên hệ giữalực-4 và động lượng-4haygia tốc-4:

F a= dP

a

dτ

F a = m0A a

4 Định luật III

Định luật III của Newton về chuyển động phát biểu như sau

Đối với mỗi lực tác động bao giờ cũng có một

phản lực cùng độ lớn, nói cách khác, các lực tương tác giữa hai vật bao giờ cũng là những cặp lực cùng độ lớn, cùng phương, ngược chiều

và khác điểm đặt.

4.1 Ý Nghĩa

Định luật 3 Newton chỉ ra rằng lực không xuất hiện riêng lẻ mà xuất hiện theo từng cặp động lực-phản lực Nói cách khác, lực chỉ xuất hiện khi có sự tương tác qua lại giữa hai hay nhiều vật với nhau Cặp lực này, định

luật 3 nói rõ thêm, là cặp lực trực đối Chúng có cùng

độ lớn nhưng ngược chiều nhau

Trong tương tác giữa hai vật A và B Nếu A tác dụng

một lực ⃗ F AB lên B, thì B cũng gây ra một lực ⃗ F BAlên

A và

⃗

F AB=− ⃗F BA

Hơn nữa, trong tương tác, A làm thay đổi động lượng của B bao nhiêu thì động lượng của A cũng bị thay đổi bấy nhiêu theo chiều ngược lại

5 Xem thêm

• Định luật Euler

• Cơ học Hamilton

• Cơ học Lagrange

4 7 ĐỌC THÊM VÀ NGUỒN THAM KHẢO

• Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton

• Nguyên lý tác dụng tối thiểu

• Phản tác dụng (vật lý)

• Nguyên lý tương đối

6 Chú thích

[1] For explanations of Newton’s laws of motion by

Newton in the early 18th century, by the physicist

William omson (Lord Kelvin) in the mid-19th

century, and by a modern text of the early 21st century,

see:-• Newton’s “Axioms or Laws of Motion” starting on

page 19 of volume 1 of the 1729 translationof the

"Principia";

• Section 242, Newton’s laws of motioninomson,

W (Lord Kelvin), and Tait, P G, (1867), Treatise on

natural philosophy, volume 1; and

• Benjamin Crowell (2000), Newtonian Physics

[2] Browne, Michael E (tháng 7 năm 1999) Schaum’s

outline of theory and problems of physics for engineering

and science(Series: Schaum’s Outline Series)

McGraw-Hill Companies tr 58.ISBN 978-0-07-008498-8

[3] Holzner, Steven (tháng 12 năm 2005) Physics for

Dummies Wiley, John & Sons, Incorporated tr 64

ISBN 978-0-7645-5433-9

[4] See the Principia on line atAndrew Moe Translation

[5] Andrew Moe translation of Newton’s Principia (1687)

Axioms or Laws of Motion

[6] Physics, or, Natural Hearing, bản dịch của Glen

Coughlin, South Bend: St Augustine’s Press 2005

[7] omas Hobbes viết trong cuốnLeviathan:

at when a thing lies still, unless

somewhat else stir it, it will lie still

forever, is a truth that no man doubts

But [the proposition] that when a thing

is in motion it will eternally be in motion

unless somewhat else stay it, though the

reason be the same (namely that nothing

can change itsel), is not so easily assented

to For men measure not only other men

but all other things by themselves And

because they find themselves subject aer

motion to pain and lassitude, [they] think

every thing else grows weary of motion

and seeks repose of its own accord, lile

considering whether it be not some other

motion wherein that desire of rest they find

in themselves, consists

[8] Beay, Millard F (2006) Principles of engineering

mechanics Volume 2 of Principles of Engineering

Mechanics: Dynamics-e Analysis of Motion, Springer

tr 24.ISBN 0-387-23704-6

[9] ornton, Marion (2004).Classical dynamics of particles and systems(ấn bản 5) Brooks/Cole tr 53.ISBN 0-534-40896-6

[10] Hannah, J, Hillier, M J, Applied Mechanics, p221, Pitman

Paperbacks, 1971 [11] Raymond A Serway, Jerry S Faughn (2006) College Physics Pacific Grove CA: ompson-Brooks/Cole tr

161.ISBN 0-534-99724-4 [12] Plastino, Angel R.; Muzzio, Juan C (1992) “On the use and abuse of Newton’s second law for variable

mass problems” Celestial Mechanics and Dynamical

Astronomy (Netherlands: Kluwer Academic Publishers)

53 (3): 227–232. Bibcode:1992CeMDA 53 227P ISSN 0923-2958.doi:10.1007/BF00052611 “We may conclude emphasizing that Newton’s second law is valid for constant mass only When the mass varies due to accretion or ablation, [an alternate equation explicitly accounting for the changing mass] should be used.”

7 Đọc thêm và nguồn tham khảo

• Crowell, Benjamin (2011), Light and Maer(2011, Light and Maer), especially at Section 4.2, Newton’s First Law, Section 4.3, Newton’s Second Law, and Section5.1, Newton’s ird Law

• Feynman, R P.; Leighton, R B.; Sands, M (2005)

e Feynman Lectures on Physics Vol 1 (ấn bản 2).

Pearson/Addison-Wesley.ISBN 0-8053-9049-9

• Fowles, G R.; Cassiday, G L (1999) Analytical Mechanics (ấn bản 6) Saunders College

Publishing.ISBN 0-03-022317-2

• Likins, Peter W (1973) Elements of Engineering Mechanics McGraw-Hill Book Company.ISBN 0-07-037852-5

• Marion, Jerry; ornton, Stephen (1995) Classical Dynamics of Particles and Systems Harcourt

College Publishers.ISBN 0-03-097302-3

• NMJ Woodhouse (2003) Special Relativity London/Berlin: Springer tr 6.ISBN

1-85233-426-6

Về lịch sử

• Newton, Isaac, "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica", 1729 English translation based on 3rd Latin edition (1726), volume 1, containing Book 1, especially at the sectionAxioms or Laws

of Motion, starting page 19

• Newton, Isaac, “Philosophiæ Naturalis Principia

Mathematica”, 1729 English translation based on 3rd Latin edition (1726), volume 2, containing Books 2 & 3

• omson, W (Lord Kelvin), and Tait, P G,

(1867),Treatise on natural philosophy, volume 1,

especially atSection 242, Newton’s laws of motion

• MIT Physics video lectureon Newton’s three laws

• Light and Maer– an on-line textbook

• Simulation on Newton’s first law of motion

• "Newton’s Second Law" by Enrique Zeleny,

Wolfram Demonstrations Project

• Newton’s 3rd Law demonstrated in a vacuumtrên

YouTube

6 9 NGUỒN, NGƯỜI ĐÓNG GÓP, VÀ GIẤY PHÉP CHO VĂN BẢN VÀ HÌNH ẢNH

• Các định luật về uyển động của Newton Nguồn:https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1c_%C4%91%E1%BB%8Bnh_lu%E1%BA% ADt_v%E1%BB%81_chuy%E1%BB%83n_%C4%91%E1%BB%99ng_c%E1%BB%A7a_Newton?oldid=26616058Người đóng góp: Synthebot,

Dieu2005, Idioma-bot, HaMinh1997, Prenn, Earthandmoon, TuHan-Bot, EmausBot, Silvergoat, RedBot, Imohano, Cheers!-bot, MerlIwBot, AvicBot, TuanUt, AlphamaBot, AlphamaBot2, Addbot, OctraBot, uanmycuatoi, itxongkhoiAWB, Bhuyquang1, HiepsixanhleAWB, TuanminhBot, angko135 và 7 người vô danh

• Tập_tin:Commons-logo.svg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4a/Commons-logo.svgGiấy phép: Public domain Người đóng góp: is version created by Pumbaa, using a proper partial circle and SVG geometry features (Former versions used to be slightly warped.) Nghệ sĩ đầu tiên: SVG version was created byUser:Grunt and cleaned up by 3247 , based on the earlier PNG version, created by Reidab

• Tập_tin:ISS-15_Fruits.jpg Nguồn:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/ISS-15_Fruits.jpgGiấy phép: Public domain Người đóng góp:International Space Station ImageryNghệ sĩ đầu tiên: NASA

• Tập_tin:Newtons_laws_in_latin.jpg Nguồn: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/Newtons_laws_in_latin.jpg

Giấy phép: Public domain Người đóng góp: ? Nghệ sĩ đầu tiên: ?

9.3 Giấy phép nội dung

• Creative Commons Aribution-Share Alike 3.0