NỘI DUNG CƠ HỌC NEWTON
2.1. Ba định luật Newton.
Nguyên văn cách phát biêu ba định luật Newton là như sau:
Định luật 1: Bất kỳ vạt nà cũng giữ nguyên trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều, chừng khi nào ns chưa bị các lực tá dụng bắt nó phải thay đổi trạng thái đó.
Định luật 2: Sự biến đổi của động lựng tỷ lệ với lực tác dụng va sảy ra theo chiều của đường thẳng trên đó lực ấy tác dụng.
Định luật 3: Cùng với tác dụng bao giờ cũng có phản tác dụng bằng nó và ngược chiều với nó; nói cách khác: tương tác giữa hai vật với nhau thì bằng nhau và ngược chiều.
[Type text] Page 29
Cách phát biểu định luật thứ nhất phản ánh quan niệm của Newton về quán tính: đặt tính bẩm sinh của vật chất là quán tính, và phải có lực tác dụng ( tức là tác dụng từ bên ngoài) mới buộc nó thay đổi trạng thái chuyển động theo quán tính. Lẽ tất nhiên chúng ta không thể quan niệm rằng đặt trưng cơ bản của vật chất là chuyển động theo quán tính. Chuyển động của vật chất, kể cả trong trường hợp chuyển động cơ học, là phức tạp và muôn vẻ. Định luật thứ nhất của Newton( định luật quán tính) chỉ áp dụng cho một vật cô lập hoàn toàn cách xa mọi vật khác và không tương tác với vật nào. Một vật cô lập như vậy chỉ là một sự lý tưởng hóa và đặc tính của sự chuyển động của vật đó không thể được coi là đại diện của đặc tính chung của vật chất.
Định luật thứ hai của Newton có thể biểu diển được trong ngôn ngữ toán học hiện đại bằng công thức:
Vì trong cơ học cổ điển khối lượng được coi là bất biến, nên công thức trên cũng được viết dưới dạng:
Cách viết thứ nhất, phù hợp với cách phát biều ban đầu của Newton, là tổng quát hơn, cách viết thứ hai chỉ đúng trong trường hợp vận tốc của vật là nhỏ so với vận tốc ánh sáng.
Định luật thứ hai được coi là định luật cơ bản của động lực học. Từ nó có thể suy ra phương trình chuyển động và phương trình quỹ đạo của vật.
Định luật thứ ba phù hợp với khái niệm tương tác xa và tức thời của Newton. Đối với các vậ chuyển động nhanh( so với vận tốc ánh sáng), hoặc ở khoảng cách khá xa nhau, khi thời gian truyền tương tác của chúng là đáng kể, ta khoog thể coi uong tác của chúng là tức thời nữa, và định luật ba không còn nghiệm đúng. Vì thế định luật này chỉ là một định luật gần đúng. Chúng ta hãy tưởng tượng thí dụ sau đây. Mặt Trời có khối lượng bằng M và Trái Đất có khối lượng bằng m. Do đó Mặt Trời hút Trái Đất
[Type text] Page 30
bằng một lực và Trái Đất hút Mặt Trời bằng một phản lực ( lẽ tất nhiên cũng cs thể gọi F’ là lực và F là phản lực). Ở đây G là giá trị trường hấp dẫn của Mặt Trời tại Trái Đất và g là giá trị trường hấp dẫn của Trái Đất tại Mặt Trời. Lực F và phản lực F’ bằng nhau và ngược chiều. Định luật thứ ba của Newton được nghiệm đúng.
Giả sử vì một lý do nà đó khối lương Trái Đất đột ngột giảm đi một lương đáng kể. Lực F và phản lực F’ sẽ biến đổi thế nào? Theo Newton thì lực truyền đi tức thời, nên lực F và F’ sẽ giảm đi tức thời và chúng luôn luôn bằng nhau, định luật thứ ba luôn luôn được nghiệm đúng. Nhưng theo vật lý học hiện đại, tương tác hấp dẫn truyền đi với vân tốc bằng vận tốc ánh sáng, tức là phải mất 8 phút mới truyền được từ Trái Đất đến Mặt Trời hoặc ngược lại. Như vậy, gay khi m bắt đầu giảm thì
cũng giảm theo ngay tức thời, nhưng chưa giảm ngay. Phải 8 phút sau sựu biến đổi của tương tác hấp dẫn mới truyền tới Mặt Trời, tức là 8 phút sau thì g mứi giảm và F’ mới giảm. Trong thời gian sựu biến đổi của tương tác hấp dẫn dang truyền đi thì F và F’ không bằng nhau.
Vậy định luật thứ ba không phải lúc nào cũng nghiệm đúng như hai định luật trên của Newton.