III. các định luật về chuyển động
3.2. Định luật II Newton
3.2.1. Nội dung kiến thức
Định luật II cũng đ−ợc trình bày d−ới dạng một nguyên lý chứ không phải d−ới dạng một định luật vật lý thông th−ờng.
Phải thừa nhận định luật II nh− một nguyên lý vì nó đ−ợc Newton phát hiện trên cơ sở của việc khái quát hóa từ rất nhiều sự kiện quan sát đ−ợc, kể cả những quan sát trong lĩnh vực thiên văn, kết hợp với trực giác thiên tài của riêng ông. Chính vì thế mà về nguyên tắc, chúng ta không thể tạo ra đ−ợc những thí nghiệm riêng lẻ đủ t− cách để kiểm tra tính đúng đắn của định luật này.
Newton viết: “Sự thay đổi chuyển động tỷ lệ với lực chuyển động đặt vào và xảy ra theo h−ớng mà lực tác dụng lên h−ớng đó”. Trong cách phát biểu nguyên thủy này của Newton, chúng ta thấy rằng lực gây nên sự thay đổi chuyển động chứ không phải gây ra chuyển động nh− ng−ời ta nghĩ tr−ớc đây. Nh−ng thuật ngữ “thay đổi chuyển động” là khó hiểu, vì chuyển động là một quá trình chứ đâu phải là một đại l−ợng vật lý.
Cách phát biểu mà ngày nay các nhà khoa học cho là chính xác nhất là: “Lực tác dụng lên vật bằng tích khối l−ợng vật thể nhân với gia tốc mà vật thu đ−ợc”. Đó chính là nội dung của một định luật vì nói lên đ−ợc mối liên hệ của các sự vật tồn tại trong tự nhiên.
Mặc dầu vậy, để đặc biệt chú ý đến tính nhân quả của định luật, nội dung của định luật đ−ợc diễn đạt nh− sau: “Gia tốc của một vật thể tỷ lệ thuận với lực tác dụng vào vật và tỷ lệ nghịch với khối l−ợng của nó”.
Định luật II Newton là một định luật phổ biến vì luôn luôn đúng cho mọi sự t−ơng tác cho dù bản chất t−ơng tác ấy là hoàn toàn khác nhau, các vật t−ơng tác là hoàn toàn khác nhau. N−ời ta sử đụng định luật II để nghiên cứu chuyển động của viên đạn, của phân tử, của gió, của các vì sao, của một chi tiết cơ khí ...
Định luật II Newton là định luật cơ bản của động lực học vì nhờ định luật đó mà ta tìm đ−ợc gia tốc của chuyển động. Nếu còn biết thêm các điều kiện ban đầu thì hoàn toàn có thể giải quyết đ−ợc bài toán cơ bản về chuyển động của các vật.
3.2.2. Một số l−u ý trong dạy học
Cái quan trọng khi dạy học định luật II là phải làm cho học sinh hiểu rõ công thức Fr = mar
: - Fr
là tổng hợp của tất cả các lực bên ngoài tác dụng lên vật và khi đó gia tốc mà vật thu đ−ợc chính là gia tốc tổng hợp (mỗi lực riêng lẻ chỉ gây ra các gia tốc thành phần),
- m là khối l−ợng của một vật hay của nhiều vật liên kết chặt chẽ với nhau trong quá trình chuyển động d−ới tác dụng của lực,
- Công thức trên đúng cho tất các các loại lực và mọi loại chuyển động. Khi trình bày định luật II, nhiều sách giáo khoa có đ−a ra thí nghiệm, nh−ng đó chỉ là những thí nghiệm minh họa chứ không hề có ý định dùng thí nghiệm để rút ra định luật.