Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 16: Định luật 3 Newton

Khởi động trang 67 Vật Lí 10: Móc hai lực kế vào nhau rồi kéo một trong hai lực kế như hình sau.

a) Dự đoán xem chỉ số của hai lực kế giống nhau hay khác nhau.

b) Hãy kiểm tra kết quả và nêu kết luận.

c) Nếu cả hai tiếp tục kéo về hai phía ngược nhau với độ lớn tăng lên thì số chỉ của hai lực kế sẽ thay đổi thế nào?

Lời giải:

a. Dự đoán: Số chỉ của hai lực kế giống nhau.

b. HS tiến hành thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.

c. Nếu cả hai tiếp tục kéo về hai phía ngược nhau với độ lớn tăng lên thì số chỉ của hai lực kế cũng tăng theo nhưng luôn bằng nhau.

I. Định luật 3 Newton

Hoạt động trang 67 Vật Lí 10: Quan sát thí nghiệm được mô tả trong Hình 16.1.

1. Một thanh sắt và một thanh nam châm được treo như Hình 16.1a. Trong thí nghiệm này, lực nào làm cho thanh nam châm dịch chuyển lại gần thanh sắt?

2. Xe lăn 1 có khối lượng m₁ và có gắn một lò xo nhẹ. Xe lăn 2 có khối lượng m₂. Ta cho hai xe áp lại gần nhau bằng cách buộc dây để nén lò xo (Hình 16.1b). Quan sát hiện tượng xảy ra khi đốt sợi dây buộc.

Thảo luận để làm sáng tỏ ý kiến sau: Lực không tồn tại riêng lẻ. Các lực hút hoặc đẩy xuất hiện thành từng cặp giữa các vật.

Lời giải:

1. Lực làm cho thanh nam châm dịch chuyển lại gần thanh sắt là lực từ.

2. Khi đốt sợi dây buộc thì lò xo dãn ra đẩy hai xe di chuyển về hai phía, xe 1 di chuyển về bên trái, xe 2 di chuyển về bên phải.

Thảo luận: Ở thí nghiệm 1 lực từ là lực hút của nam châm tác dụng lên thanh sắt, đồng thời cũng là lực hút của thanh sắt tác dụng lên nam châm. Ở thí nghiệm 2 thì xe lăn 1 đẩy xe lăn 2, đồng thời xe lăn 2 cũng đẩy xe lăn 1 nên cả 2 xe đều cùng chuyển động về 2 phía. Như vậy rõ ràng lực không tồn tại riêng lẻ, các lực hút hoặc đẩy xuất hiện thành từng cặp giữa các vật.

II. Các đặc điểm của lực và phản lực

Câu hỏi 1 trang 67 Vật Lí 10: Cặp lực và phản lực có những đặc điểm gì?

Lời giải:

Cặp lực và phản lực có những đặc điểm:

- Có điểm đặt ở 2 vật khác nhau.

- Cùng phương.

- Ngược chiều.

- Cùng độ lớn.

Câu hỏi 2 trang 67 Vật Lí 10: Cặp lực và phản lực có phải là hai lực cân bằng hay không? Tại sao?

Lời giải:

Cặp lực và phản lực không phải là hai lực cân bằng vì chúng có điểm đặt ở 2 vật khác nhau trong khi điểm đặt của 2 lực cân bằng là trên cùng một vật.

Câu hỏi trang 67 Vật Lí 10: Hãy chỉ rõ điểm đặt của mỗi lực trong mỗi cặp lực ở Hình 16.2 a,b.

Lời giải:

Lực $\overrightarrow{F_{AB}}$ có điểm đặt tại B, lực $\overrightarrow{F_{BA}}$ có điểm đặt tại A.

Câu hỏi 1 trang 68 Vật Lí 10: Hãy chỉ ra các cặp lực và phản lực trong hai trường hợp sau:

a) Quyển sách nằm yên trên mặt bàn (Hình 16.3a).

b) Dùng búa đóng đinh vào gỗ (Hình 16.3b).

Lời giải:

a. Quyển sách nằm yên trên mặt bàn có cặp lực và phản lực là lực ép $\overrightarrow{Q}$ của cuốn sách tác dụng lên mặt bàn (có độ lớn bằng trọng lượng của quyển sách) và phản lực $\overrightarrow{N}$ tác dụng lên cuốn sách (lực đỡ của mặt bàn).

b. Dùng búa đóng đinh vào gỗ thì cặp lực và phản lực là lực do búa tác dụng vào đinh (phương thẳng đứng, chiều hướng xuống) và phản lực của đinh tác dụng lên búa (phương thẳng đứng, chiều hướng lên).

Câu hỏi 2 trang 68 Vật Lí 10: Quyển sách nằm yên có phải là kết quả của sự cân bằng giữa lực và phản lực hay không?

Lời giải:

Quyển sách nằm yên không phải là kết quả của sự cân bằng giữa lực và phản lực.

Vì:

Trái Đất tác dụng lên quyển sách trọng lực $\overrightarrow{P}$, quyển sách tác dụng lên mặt bàn áp lực $\overrightarrow{P}\text{'}$. Do đó, bàn tác dụng trở lại quyển sách một phản lực $\overrightarrow{N}$ vuông góc với mặt bàn.

Theo định luật 3 Newton:

Nhưng mặt khác, quyển sách đứng yên, tức là $\overrightarrow{N}$ và $\overrightarrow{P}$ cân bằng nhau: $\overrightarrow{N}=-\overrightarrow{P}$

Từ đó suy ra: $\overrightarrow{P\text{'}}=\overrightarrow{P}$. Tức là ở trạng thái cân bằng, quyển sách nén lên mặt bàn một lực có độ lớn bằng trọng lượng của nó.

Lực $\overrightarrow{P}\text{'}$ và phản lực $\overrightarrow{N}$ không cân bằng nhau do điểm đặt của hai lực này ở trên hai vật khác nhau: lực ép có điểm đặt tại mặt bàn còn phản lực có điểm đặt tại quyển sách.

Câu hỏi 3 trang 68 Vật Lí 10: Lực do búa tác dụng vào đinh và phản lực của đinh tác dụng lên búa có đặc điểm gì?

Lời giải:

Lực do búa tác dụng vào đinh và phản lực của đinh tác dụng lên búa có đặc điểm:

- Điểm đặt: lực do đinh tác dụng lên búa có điểm đặt tại búa, lực do búa tác dụng lên đinh có điểm đặt tại đinh.

- Phương: thẳng đứng

- Chiều: ngược nhau: lực do đinh tác dụng lên búa hướng lên còn lực do búa tác dụng lên đinh hướng xuống.

- Độ lớn: bằng nhau.

Hoạt động 1 trang 68 Vật Lí 10: Trong thí nghiệm ở phần mở đầu bài học, nếu cả hai người cùng kéo nhưng để lực kế di chuyển về phía một người (ví dụ cùng di chuyển hai lực kế sang phải) thì số chỉ của hai lực kế sẽ giống nhau hay khác nhau? Làm thí nghiệm kiểm tra dự đoán.

Lời giải:

Nếu cả hai người cùng kéo nhưng để lực kế di chuyển về phía một người (ví dụ cùng di chuyển hai lực kế sang phải) thì số chỉ của hai lực kế vẫn giống nhau.

HS tự làm thí nghiệm kiểm chứng.

Hoạt động 2 trang 68 Vật Lí 10: Nêu thêm một số ví dụ trong thực tế và thảo luận để làm sáng tỏ các đặc điểm sau đây của lực và phản lực:

- Lực và phản lực luôn xuất hiện thành từng cặp (xuất hiện hoặc mất đi đồng thời).

- Lực và phản lực cùng tác dụng theo một đường thẳng, cùng độ lớn nhưng ngược chiều (hai lực như vậy là hai lực trực đối).

- Lực và phản lực không cân bằng nhau (vì chúng đặt vào hai vật khác nhau).

- Cặp lực và phản lực là hai lực cùng loại.

Lời giải:

Ví dụ: Bóng đập vào tường bị bật lại.

- Lực và phản lực luôn xuất hiện thành từng cặp (xuất hiện hoặc mất đi đồng thời): Khi đập bóng vào tường thì xuất hiện lực đập của bóng tác dụng lên tường, đồng thời xuất hiện phản lực của tường tác dụng lên bóng làm bóng bật ngược trở lại.

- Lực và phản lực cùng tác dụng theo một đường thẳng, cùng độ lớn nhưng ngược chiều (hai lực như vậy là hai lực trực đối): Nếu bóng đập theo phương ngang thì cũng bị bật trở lại theo phương ngang nhưng theo chiều ngược lại.

- Lực và phản lực không cân bằng nhau (vì chúng đặt vào hai vật khác nhau): Lực đập của bóng vào tường có điểm đặt tại tường, còn phản lực của tường có điểm đặt tại bóng.

- Cặp lực và phản lực là hai lực cùng loại:Lực của bóng tác dụng lên tường hay lực của tường tác dụng lại bóng đều là các lực cơ học.

Câu hỏi trang 68 Vật Lí 10: Một ô tô chuyển động trên mặt đường (Hình 16.4), nếu lực do ô tô tác dụng lên mặt đường có độ lớn bằng lực mà mặt đường đẩy ô tô thì tại sao chúng không “khử nhau”?

Lời giải:

Lực do ô tô tác dụng lên mặt đường có độ lớn bằng lực mà mặt đường đẩy ô tô nhưng chúng không “khử nhau” vì 2 lực này tác dụng vào 2 vật khác nhau, chúng là cặp lực trực đối chứ không phải hai lực cân bằng.

Em có thể trang 68 Vật Lí 10: Giải thích tại sao các vận động viên khi bơi tới mép hồ bơi và quay lại thì dùng chân đẩy mạnh vào vách hồ bơi để di chuyển nhanh hơn.

Lời giải:

Các vận động viên khi bơi tới mép hồ bơi và quay lại thì dùng chân đẩy mạnh vào vách hồ bơi để tạo ra phản lực (lực đẩy) của mép hồ bơi tác dụng lên người, nên sẽ đẩy người có đà và di chuyển được nhanh hơn.