NGHÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10.

A MỞ ĐẦU Nhằm thực tốt mục tiêu dạy học, theo tơi việc nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức cách thể nội dung sách giáo khoa Vật lí phổ thơng cần thiết giáo viên Vật lí Bởi lẽ nhiệm vụ “Phân tích chương trình vật Lí phổ thơng”, phần quan trọng chuyên ngành Phương pháp dạy học Vật lí Qua phân tích giúp có nhìn sâu hơn, tổng quát chương trình, SGK Vật lí nay, từ điều chỉnh cách dạy phù hợp nhằm truyền thụ kiến thức đến học sinh cách dễ dàng phát huy tính tích cực học tập học sinh Cơ học phần Vật lí học nghiên cứu tượng chuyển động học vật Trong động học nghiên cứu chuyển động vật thể mà không đề cập đến nguyên nhân gây chuyển động Do động lực học giải vấn đề Nội dung phần “Động lực học chất điểm” nghiên cứu khái niệm lực khối lượng; định luật I, II III Niu-tơn Đó sở chi phối tồn học nói chung Ngồi nội dung chương đề cập đến loại lực hay gặp học: lực hấp dẫn, lực đàn hồi, lực ma sát Nhằm nghiên cứu sâu sắc cách kiến thức phần động học chất điểm động lực học chất điểm để làm tư liệu tham khảo giảng dạy, góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn vật lý phần Chúng chọn đề tài: NGHÊN CỨU NỘI DUNG KIẾN THỨC PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ 10 II KIẾN THỨC VẬT LÝ PHẦN ĐỘNG LỰC HỌC CHT IM -2- Lực Quy tắc tổng hợp phân tích lực Ba định luật Niu-tơn Khối lợng Lùc hÊp dÉn Träng lùc Chun ®éng nÐm ngang ném xiên Lực ma sát Hệ số ma sát Lực đàn hồi Định luật Húc Lực căng dây Cân chất điểm Tổng hợp phân tích lực đồng quy Quy tắc hình bình hành Chuyển động vật mặt phẳng ngang mặt phẳng nghiêng Hệ vật chuyển ®éng HƯ quy chiÕu phi qu¸n tÝnh Lùc qu¸n tính Lực quán tính li tâm Trọng lợng tợng tăng, giảm, trọng lợng III CC KIN THC CƠ BẢN PHẦN CÁC LỰC CƠ HỌC Các khái niệm: Trọng lực, trọng lượng, lực đàn hồi, lực ma sát, lực quán tính, hệ quy chiếu quán tính, hệ quy chiếu phi quán tính, lực hướng tâm, lực quán tính li tâm, hệ vật, ngoại lực, nội lực Các định luật: Các định luật riêng cho loại lực học (định luật Húc, định luật vạn vật hấp dẫn…) Phương pháp vật lý: phương pháp động lực học Ứng dụng vật lý vào kỹ thuật: ứng dụng lực đàn hồi,lực quán tính li tâm lực ma sát IV PHÂN TÍCH NỘI DUNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN A CÁC ĐỊNH LUẬT NEWTON -3- Các khái niệm 1 Quán tính Khi trình bày khái niệm qn tính sách giáo khoa, chun gia gặp nhiều khó khăn tính chất hai nghĩa cùa quán tính theo cách hiểu gắn liền với định luật I Newton định luật II Newton Galilê ( 1564 - 1642 ) người phát quán tính vật thề Do thấy tầm quan trọng vấn đề, Newton dă nêu lên thành ba định luật học: “Mọi vật thể có tính chất giữ ngun trạng thái đứng n chuyển động thẳng chừng cịn chưa có lực tác dụng lên nó” Như vậy, qn tính theo định luật I Newton diễn tả hiểu tính chất bảo tồn trạng thái chuyển dộng vật Vì vậy, người ta gọi định luật I Newton định luật qn tính Nếu hiểu theo nghĩa qn tính tính chất phổ biến, khơng đổi khơng tách rời vật Mọi vật có qn tính Vậy qn tính khơng phải đại lượng vật lí khơng thể nói đến “số đo quán tính” Theo cách hiểu thứ hai, thuật ngữ quán tính gắn liền với định luật II Newton Một vật thể chịu tác dụng lực hãm trước dừng lại cịn hết khoảng cách “theo qn tính” Như vậy, thuật ngữ qn tính nói rằng, để biến đổi vận tốc chuyển động vật tác dụng cùa vật cần phải có thời gian xác dinh, tức lực xác định gia tốc xác định vận tốc Dưới tác dụng lực nhau, vật thề khác thu gia tốc khác Với ý nghĩa này, ta đưa số đo “mức quán tính” cùa vật Cho đến nay, sách giáo khoa sử dụng tính chất hai nghĩa quán tính cách thận trọng Tính chất “quán tính” hiểu theo cách thứ với định luật I Newton, tính chất bảo tồn vận tốc vật thể, hay nói xác qn tính tượng bào toàn vận tốc vật thể chuyến động Và người ta dùng dến thuật ngữ “mức quán tính” dê diễn tả tính chất vậtt thể gắn liền với định luật II Newton Mức quán tính tính chất vật thể thu dược gia tốc khác tác dụng lực khác Do đó, khối lượng đại lượng đặc trưng cho mức qn tính vật Do vật thể có qn tính mà có mức qn tính Tuy nhiên, hai khái niệm “qn tính” “mức qn tính” hồn tồn khơng đồng với 1.2 Khái niệm lực khối lượng -4- Lực khối lượng hai khái niệm động lực học Không thể nói đến định luật chuyển động khơng có hai đại lượng Mặc khác, hai đại lượng trình bày cách trọn vẹn sau trình bày định luật Newton 1.2.1 Lực 1.2.1.1 Nội dung khái niệm Để đặc trưng cho tác dụng vật lên vật khác, người ta đưa khái niệm lực Newton cho rằng: “Lực đặt vào tác dụng tiến hành vật thể để làm thay đổi trạng thái đứng yên chuyển động thẳng nó” Đây ý nghĩa khái niệm lực Feyman lại cho rằng: “Lực mà khơng có vật đứng yên chuyền động thẳng đều” Cả hai cách phát biểu đề cập đến khái niệm mà chưa nói rõ lực đại lượng vật lí để đo biểu diễn số Thực nghiệm chứng tỏ vật chịu tác dụng bên ngồi trạng thái chuyển động vật thay đối Lực đặc trưng cho tương tác vật nguyên nhân gây thay đôi trạng thái chuyên động vật Đại lượng đặc trưng cho thay đổi trạng thái chuyển động  a vectơ gia tốc Do ta nói lực nguyên nhân gây gia tốc cùa chuyên động Lực định nghĩa ảnh hưởng gây gia tốc cho vật Như vậy, vật chuyển động có gia tốc lực tác dụng lên Thực nghiệm chứng to   a F gia tốc cua vật tý lộ với lực tác dụng lcn nó: ~ Từ trước đến nay, người ta cho lực có hai biểu hiện: biểu tĩnh học (gây biến dạng) biểu động lực học (gây gia tốc) Vỉ mà nhiều sách giáo khoa định nghĩa: “Lực đại lượng đặc trưng cho tác dụng vật vào vật khác, kết truyền gia tốc cho vật làm cho vật bị biến dạng” Hai sách giáo khoa cho chương trinh nâng cao đưa định nghĩa tương tự Sách giáo khoa cho chương trình hình thành định nghĩa khái niệm lực từ kiến thức học Trung học sở nhắc lại định nghĩa lực dạng thông báo: “Lực đại lượng vectơ đặc trưng cho tác dụng vật lên vật khác mà kết gây gia tốc cho vật làm cho vật biên dạng” Sách giáo khoa cho chương trình nâng cao không đưa định nghĩa cụ thể lực mà nhắc lại ý định nghĩa "đặc trưng cho tác dụng vật lên vật khác, làm cho vận tốc vật thay đổi làm cho vật biến dạng" Về đặc điểm lực, sách giáo khoa cho chương trình nêu: “lực đại lượng vectơ nên có thề biểu -5-  F diễn vectơ ”.Còn sách giáo khoa cho chương trình nâng cao nêu thơng báo dùng hình 13.1 (trang 60) dạng mơ hình hố làm ví dụ vectơ lực cụ thể Theo quan niệm đại, lực có tác dụng động lực học gây gia tốc tức làm biến đổi chuyển động Hệ biến đồi chuyển động không phần tử vật làm vật bị biến dạng Bởi vậy, nên định nghĩa: “Lực tác dụng lên vật đại lượng vectơ tích khối lượng m với gia tốc a mà vật thu tác dụng lực”   F = ma Công thức định luật II Newton cho phép xác định mối liên hệ ba đại lượng ta đo F, m, a cách độc lập Như vậy, lực tác dụng lên vật tích khối lượng m với gia tốc a mà vật thu tác dụng lực Đồng thời, công thức cho ta nhận biết cách xác khái niệm lực, thấy lực đại lượng vectơ Do đó, cơng thức vừa công thức cùa định luật II Newton vừa công thức định nghĩa lực Các lực xét học thường chia thành lực khác tuỳ vào tiếp xúc trực tiếp vật (áp lực, lực ma sát, ) lực xuất nhờ vào trường phát sinh từ vật tương tác (trường hấp dẫn, trường điện từ, ) Mặc dù lực tồn tự nhiên đa dạng phong phú song có thề phân biệt cá thảy bốn dạng tương tác : tương tác hấp dẫn, tương tác điện từ, tương tác yếu tương tác mạnh Một số ví dụ lực học: N p Thực nghiệm cho thấy, phạm vi học Newton, lực tác dụng chất điềm phụ thuộc đại lượng đặc trưng cho -6- thân chất điềm (như khối lượng, điện tích, ) vị trí tương đối chất điểm Chẳng hạn: * Lực hấp dần hai chất điểm có khối lượng m1 , m2 cách khoảng r: F = G m1m2 r2 dó G hàng số hấp dần * Lực tĩnh điện hai hạt tích điện: F = k q1q2 r2 q1q2 điện tích hai hạt k hệ số tỉ lệ phụ thuộc việc chọn hệ đơn vị * Lực ma sát trượt: F = µ N µ hệ số ma sát trượt N áp lực lên mặt tiếp xúc * Lực đàn hồi: F = -kx X độ biến dạng k hệ số đàn hồi v.v 1.2.1.2 Một số lưu ý dạy học Khái niệm lực thường chương trình sách giáo khoa trình bày theo hai giai đoạn: giai đọan trực giác giai đoạn logic Giai đoạn trực giác lớp học sinh học vật lí Lực ảnh hưởng haỵ tác dụng vật lên vật khác Lúc này, người ta phải dùng thí dụ “trực giác” đề học sinh hiểu ảnh hưởng hay tác dụng vật lên vật khác Chẳng hạn vật thể rơi có gia tốc xuống mặt đất trái đất ảnh hưởng (tác dụng) lên nó, mẩu sắt vụn bị nam châm hút đưa chúng lại gần nam châm nam châm ảnh hướng (tác dụng) lên nó, Phải ảnh hường (tác dụng) giống có chất? Từ trực giác sơ khai dần đến trực giác cao hơn: lực đại -7- lượng vật lí đặc trưng cho tác dụng cùa vật lên vật khác mà kết vật thu gia tốc làm cho vật bị biến dạng Mặc dầu khái niệm lực đề cập mơ hồ, chưa rõ ràng chưa xác định giai doạn trực giác, giai đoạn giai đoạn quan trọng đê hình thành khái niệm lực cách giai đoạn lơgic Giai đoạn logic xảy có định luật II Newton với công thức   F = ma Lúc học sinh định nghĩa định lượng lực Trong giảng dạy khái niệm lực, giáo viên cần nhấn mạnh đặc điểm lực Thực nghiệm xác minh lực dặc trưng yếu tố sau : + Điểm đặt lực điểm đặt mà vật nhận tác dụng học từ vật khác + Phương, chiều cùa lực phương, chiều chuyển động chất điểm từ trạng thái nghỉ tác dụng học + Cường độ lực số đo độ mạnh yếu tương tác học + Lực đại lượng vectơ 1.2.2 Khối lượng 1.2.2.1 Nội dung khái niệm Định luật II Newton định luật vạn vật hấp dẫn hai định luật hoàn toàn độc lập với Tuy nhiên hai định luật xuất khái niệm khối lượng Do có hai khái niệm xuất lịch sử phát triển vật lí học: khối lượng quán tính khối lượng hấp dần Mặc dầu hai khái niệm hoàn toàn khác vai trò học lại trùng đến kỳ lạ Khối lượng quán tính khối lượng hấp dẫn không phân biệt khác có nhiều cơng trình nghiên cứu quan tâmđến vấn đề Hâu hết sách giáo khoa phổ thông nước hình thành khối lượng qn tính dùng chung cho trường hợp trường hấp dẫn Lúc đầu khối lượng hiểu đại lượng dùng để lượng vật chất chứa vật Sau có định luật II Newton khối lượng hiểu cách xác Thực nghiệm cho thấy rằng, hai vật thể tương tác với tỷ số gia tốc mà chúng thu Tỷ số không phụ thuộc vào tính chất tương tác mà phụ thuộc vào tính chất đặc biệt vốn có vật thể Tính chất biểu đại lượng vật lí khối lượng -8- Theo định luật II Newton, khối lượng dùng để mức quán tính vật Cùng lực tác dụng nhau, vật thay đổi vận tốc nhanh tức thu gia tốc lớn có khối lượng nhỏ ngược lại Từ ta có định nghĩa: “Khối lượng đại lượng đặc trưng cho mức qn tính vật” Bởi vậy, khơi lượng gọi khối lượng quán tính Cách hiểu cho phép ta so sánh khối lượng cỉa vật bất kỳ, dù chúng làm chất hay chất khác Vật thể có mức qn tính lớn có khối lượng lớn ngược lại  a1 m2  = a2 m1 (3.1.1.1) Hệ thức (3.1.1.1) cho phương pháp đo khối lượng vật bất kỳ, từ khối lượng électron nhỏ bé đến khối lượng hành tinh to lớn, Một phương pháp khác dùng để đo khối lượng vật mà thực tế người ta thường dùng phương pháp cân Phương pháp lại liên quan đến định luật khác, định luật vạn vật hấp dẫn Bởi vậy, khối lượng gọi khối lượng hấp dần Mặc dù hai khái niệm khối lượng khác chúng lại trùng nhau, mà người ta gọi chung khối lượng Như vậy, khối lượng số đo mức qn tính vật Đó ý nghĩa cùa khối lượng học Newton 1.2.2.2 Một số lưu ý dạy học Khái niệm khối lượng trình bày theo hai giai doạn giống khái niệm lực: giai đoạn trực giác giai đoạn logic Lúc đầu, giai đoạn trực giác, khối lượng hiểu lượng chất chứa vật theo cách hiểu sơ khai Newton, hiểu theo quan niệm đại: “Khối lượng vật số tỷ lệ với mật độ nuclon thể tích vật” Định nghĩa khối lượng khơng thật hồn tồn xác Theo quan niệm này, khối lượng đại lượng vơ hướng, có giá trị dương, khơng đổi với vật có tính cộng Giai đoạn logic hình thành đà có định luật II Newton Ở giai đoạn này, khối lượng hiểu đại lượng vật lí đặc trưng cho mức quán tính vật Các định luật Newton -9- Isaac Newton (phát âm Isắc Niu- tơn) nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học tự nhiên nhà toán học vĩ đại người Anh Isaac Nevvton sinh gia đình nơng dân Theo lịch Julius, ơng sinh ngày 25 tháng 12 năm 1642 mấtt ngày 20 tháng năm 1727; theo lịch Gregory, ông sinh ngày tháng năm 1643 ngày 31 tháng năm 1727 Luận thuyết ông Philosophiae Naturalis Principia Mathematica “Những ngun lí tốn học cùa triết học tự nhiên” xuất năm 1687, mô tả vạn vật hấp dẫn định luật Newton, coi tảng học cồ điển, thống trị quan niệm vật lý, khoa học suốt kỷ 2.1 Định luật I Newton 2.1.1 Nội dung kiến thức 2.1.1.1 Trạng thái đứng yên chuyển động thẳng Các vật xung quanh ta trạng thái chuyển động khác Trạng thái chuyển động đặc trưng vận tốc (hay tồng quát động lượng) chuyển động Có vật đứng yên, có vật chuyền động này, có vật chuyên động khác Như vậy, chi phối chuyển động vật? Trước tiên, ta xét trạng thái đứng yên vật Trước Newton, Aristơt (384 - 322 TCN) có quan niệm sai lầm cho trạng thái đứng yên trạng thái tự nhiên cùa vật khơng có vật tác dụng lên Theo ỏng học trị cua ơng vật chun động ta kéo vật, tức tác dụng vào vật lực, cịn thơi kéo vật (thơi tác dụng lực) thi vật đứng yên Hãy xét bi sắt treo đầu sợi dây cao su mắc giá thí nghiệm Ở đây, ta thấy có hai vật ảnh hưởng đến trạng thái đứng yên bi: trái đất sợi dây cao su Những đồ vật khác phòng người lại phịng khơng có ảnh hưởng đáng kể đến bi Như thế, trái đất kéo bi xuống sợi dây cao su căng kéo lên Nếu tác dụng kéo xuống trái đất lớn tác dụng kéo lên sợi dây dây bị dãn mức bị đứt Còn sợi dây đủ bền, bị dãn chút bi nằm yên tác dụng trái đất sợi dây cao su cân lẫn Như thế, dù chịu tác dụng trái đất sợi dây cao su bi đứng yên tác dụng cùa trái đất sợi dây cao su cân lẫn Như vậy, tác dụng cùa vật xung quanh lên vật đứng yên tác dụng cân Khi cân bị phá vỡ, vật khơng cịn trạng thái đứng yên Một vật chịu tác dụng từ vật khác không bao - 10 - đứng yên Trái lại, vật đứng yên chịu nhiều tác dụng từ vật khác tác dụng cân lẫn vật đứng yên mãi Trạng thái chuyển động thẳng giống trạng thái đứng yên chỗ có gia tốc không Xét mặt động lực học đứng yên chi trường hợp riêng chuyển động thẳng vận tốc ban đầu không Như vậy, vật chuyển động thẳng chịu tác dụng nào? Xuất phát từ tượng thực tế đời sống ngày, Aristôt quan niệm rằng: muốn cho vật trì vận tốc khơng đổi thi phải có lực tác dụng lên Quan niệm khẳng định truyền bá Nó thống trị Vật lý giới nhiều kỷ Theo quan niệm này, vật muốn trì chuyển động thiết phải chịu tác dụng vật khác, tức có lực tác dụng lên vật Chiếc xe đẩy không tiếp tục chuyển động khơng có người kéo hay đẩy Một thí nghiệm đơn giản sau cho kết luận đắn vấn đề Đặt bi lên mặt bàn nằm ngang búng tay cho chuyến động Ảnh chụp phương pháp hoạt nghiệm giúp xác định vị trí hịn bi sau khoảng thời gian liên tiếp Bức ảnh cho thấy chuyển động cùa bi lúc đầu gần thẳng đều, sau chậm dần dừng lại Như thế, tác dụng búng tay lên hịn bi làm thay đổi chun động cùa (từ trang thái nghỉ sang trạng thái chuyển động) Sau búng tay, bi tiếp tục chuyển động Tác dụng theo phương thắng đứng trái đất mặt bàn lên bi cân lẫn Vậy chuyển động hịn bi trì khơng có lực tiếp tục đẩy theo phương ngang Quan niệm Aristôt mắc sai lầm Nhưng chuyển động khơng trì mãi? Nếu cho bi lăn mặt bàn khác chuyển động hịn bi trì lâu hay khơng phụ thuộc vào mức độ nhẵn mặt bàn Với mặt gồ ghề, quăng đường chuyển dộng sau búng tay rắt ngắn Quãng đường chuyển dộng dài mặt phẳng nhẵn bóng Chuyển động bi bị can trở tác dụng ma sát mặt bàn với Nếu khử bỏ tác dụng ma sát, đẩy bi tác dụng theo phương ngang cân bàng với tác dụng ma sát đó, hình dung hịn bi chuyển động thẳng mãi Như vậy, vật giữ nguyên trạng thái chuyển động thẳng chừng tác dụng vật xung quanh đặt lên cân lẫn - 42 - tử, nguyên tử Tuy nhiên không sâu vào nghiên cứu chất 2.6 Năng lượng ma sát Theo định luật bảo toàn lượng, khơng có lượng tiêu hủy ma sát; nhiên tùy thuộc vào hệ mà ta xét, lượng bị Năng lượng chuyển từ dạng khác thành nhiệt Một bóng chuyển động dừng lại ma sát động chuyển thành nhiệt Vì nhiệt tản nhanh nên nhiều nhà triết lý trước đây, bao gồm Aristotle kết luận sai lầm vật chuyển động lượng mà không cần động lực Những biến dạng vật lý có liên quan đến ma sát Mặc dù nhiều có ích, việc làm bong đồ vật, thường vấn đề Cơng thực lực ma sát làm biến dạng chuyển thành nhiệt mà thời gian dài ảnh hưởng đến đặc tính bề mặt hệ số ma sát Ma sát nhiều trường hợp làm nóng chảy vật rắn Lực ma sát làm chuyển hóa động chuyển động tương đối bề mặt thành lượng dạng khác Việc chuyển hóa lượng thường va chạm phân tử hai bề mặt gây chuyển động nhiệt dự trữ biến dạng bề mặt hay chuyển động electron, tích lũy phần thành điện hay quang Trong đa số trường hợp thực tế, động bề mặt chuyển hóa chủ yếu thành nhiệt 2.7 Phạm vi áp dụng - 43 -  Vì chương vật lí phổ thơng lực ma sát xét theo quan điểm cổ điểm, nên giá trị µK khơng phụ thuộc với tốc độ trượt vật bề mặt nghĩa áp dụng cho trường hợp tốc độ trượt nhỏ  Hệ số ma sát có giá trị gần nên số toán, đơn giản ta coi µk = µs Các cơng thức lực ma sát khơng phải phương trình vectơ, hướng Fs Fk song song với mặt tiếp xúc ngược với chiều định chuyển động 2.8 Ứng dụng lực ma sát Lực ma sát ứng dụng để làm biến dạng bề mặt kỹ thuật đánh bóng, mài gương, sơn mài, Nó dùng để hãm tốc độ phương tiện giao thông Trái Đất, chuyển động phương tiện thành nhiệt phần động Trái Đất Nhiệt sinh lực ma sát ứng dụng để đánh lửa, đá lửa, dụng cụ tạo lửa người tiền sử theo số giả thuyết Với lực ma sát nghỉ cịn đóng vai trị quan trọng đời sống, giúp cầm vật tay, đinh giữ tường, hay dây cuaroa chuyển động, băng chuyền chuyển vật từ nơi đến nơi khác Đối với người, động vật xe cộ lực ma sát nghỉ cịn đóng vai trò lực phát động làm cho vật chuyển động * Tuy nhiên lực ma sát gây nhiều ảnh hưởng ngược với mong muốn Nó ngăn trở chuyển động, gây thất lượng Nó mài mịn hệ thống học lúc hệ thống bị biến dạng vượt qua ngưỡng cho phép thiết kế Nhiệt sinh lực ma sát gây chảy biến chất vật liệu, thay đổi hệ số ma sát Trong - 44 - trường hợp vậy, áp dụng phương pháp làm giảm ma sát liệt kê  Chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn Các ổ bi, chuyển ma sát trượt thành ma sát lăn, giúp giảm đáng kể ma sát hệ thống học  Giảm ma sát tĩnh Đối với đoàn tàu hỏa trước đây, khởi động, đầu tàu đẩy giật lùi, tạo khe hở toa tàu, trước tiến Động tác giúp đầu tàu kéo toa tàu một, phải chống lại lực ma sát tĩnh toa lúc  Thay đổi bề mặt Việc sử dụng chất bơi trơn, dầu mỡ hay bột than chì, bề mặt rắn có tác dụng giảm hệ số ma sát Hiện tượng siêu trơn vừa khám phá than chì: lượng nhỏ động bị chuyển thành nhiệt nhờ vào tương tác điện tử dao động mạng nguyên tử Bôi trơn âm học dùng âm để tạo tương tác giảm ma sát HỆ QUY CHIẾU CÓ GIA TỐC – LỰC QUÁN TÍNH 3.1 Hệ quy chiếu quán tính Thực nghiệm chứng tỏ rằng, định luật I Newton hệ quy chiếu Xét thùng gỗ đặt mặt đường Các lực tác dụng lên thùng u gồm u N P có: lực hấp dẫn hướng xuống trái đất tác dụng lên lực hướng lên mặt đường tác dụng Do hợp lực tác dụng lên thùng khơng, theo định luật I Newton gia tốc vật không - 45 - Tuy nhiên xét hệ quy chiếu gắn với ôtô chuyển động có gia tốc mặt đường gia tốc thùng gỗ khác khơng Ta kết luận định luật I Newton cho hệ quy chiếu gắn với mặt đường, lại không với hệ quy chiếu gắn với xe ôtô Hệ quy chiếu gắn với mặt đường gọi hệ quy chiếu quán tính Vậy: Hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu mà đó, vật lập vật chịu tác dụng lực có hợp lực gia tốc Hay hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu định luật Newton nghiệm Trong nhiều toán, ta coi cách gần hệ quy chiếu gắn với mặt đất hệ quy chiếu quán tính Một hệ quy chiếu chuyển động thẳng hệ quy chiếu qn tính hệ quy chiếu qn tính 3.2 Hệ quy chiếu có gia tốc (hệ quy chiếu phi quán tính)  a Trong thí dụ trên, hệ quy chiếu gắn với xe ôtô chuyển động có gia tốc so với hệ quy chiếu quán tính, định luật Newton khơng cịn nghiệm Hệ quy chiếu gọi hệ quy chiếu phi qn tính hay hệ quy chiếu có gia tốc 3.3 Lực quán tính 3.3.1 Khái niệm lực quán tính Xét chất điểm M chuyển động hệ quy chiếu quán tính K, theo    F = m.a F định luật II Newton ta có: m khối lượng chất điểm, lực tổng hợp tác dụng lên chất điểm Như vậy, hệ quy chiếu quán  a tính K, chất điểm M thu gia tốc vật thể khác tác dụng lên lực Xét ôtô chuyển động thẳng nhiên dừng lại người ơtơ thu gia tốc hướng phía trước (bị ngã phía - 46 - trước quán tính) Điều chứng tỏ có lực tác dụng lên người hướng phía trước Tuy nhiên, trường hợp người khơng chịu tác dụng vật thể mà ôtô chuyển động chậm dần khoảng thời gian bắt đầu hãm phanh dừng lại gây nên Trong khoảng thời gian ôtô chuyển động có gia tốc hệ quy chiếu gắn liền với ôtôlà hệ quy chiếu phi quán tính Như hệ quy chiếu phi quán tính, gia tốc mà vật thu chúng không chịu tác động vật thể khác xác định tính chất khơng qn tính hệ quy chiếu (tính chất chuyển động khơng thẳng không hệ quy chiếu)  Fq Gia tốc ứng với lực đặc biệt gọi lực qn tính tính chất khơng qn tính hệ quy chiếu gây nên 3.3.2 Đặc điểm lực quán tính Lực quán tính gây biến dạng gây gia tốc cho vật, tác dụng vật lên vật khác mà xuất tính chất phi quán tính hệ quy chiếu Do lực qn tính khơng có phản lực Trong thực tế khơng có hệ quy chiếu gắn với vật thể hệ quy chiếu qn tính hồn tồn vật thể chuyển động có gia tốc so với Hệ quy chiếu gắn với Trái Đất khơng phải hệ quy chiếu qn tính thực Ví dụ, trọng lượng biểu kiến vật Trái Đất thay đổi chuyển động quay Trái Đất Thông thường vật xích đạo nhẹ vật hai cực 0.35%, lực ly tâm hệ quy chiếu quay bề mặt Trái Đất xích đạo Tuy nhiên, ta xem hệ quy chiếu gần quán tính lực quán tính nhỏ so với lực khác * Ví dụ 1: Khảo sát chuyển động người ngồi xe bus chạy Ta xem hệ qui chiếu gắn với mặt đường hệ qui chiếu quán tính S - 47 -  A Hệ qui chiếu gắn với xe bus hệ qui chiếu khơng qn tính S’ Gọi gia tốc xe so với đường (gia tốc hệ qui chiếu S’ so với hệ qui chiếu S)  a gia tốc người so với xe Phương trình chuyển động    ma = Fqt = − mA người xe là: Chiếu phương trình lên phương chuyển động ta có: Nếu xe tăng tốc độ: Nếy xe giảm tốc độ: A>0 A