Giải bài tập Vật lí lớp 10 Bài 3: Ba định luật Newton về chuyển động

Mở đầu

Mở đầu trang 57 Vật lí 10:

Ta đã biết rằng nếu một vật bị biến đổi chuyển động (có gia tốc) thì phải có lực tác dụng lên nó. Điều này khá dễ hình dung khi ta tác dụng lực lên xe đẩy thì xe tăng tốc. Khi ngừng đẩy, xe sẽ chuyển động như thế nào?

Lời giải:

Khi ta tác dụng lực lên xe đẩy thì xe tăng tốc. Khi ngừng đẩy, xe sẽ chuyển động tiếp một đoạn rồi dừng lại.

I. Định luật I Newton

Câu hỏi 1 trang 57 Vật lí 10:

Một vật đang chuyển động có cần lực để giữ cho nó tiếp tục chuyển động không?

Lời giải:

Một vật đang chuyển động không cần lực để giữ cho nó tiếp tục chuyển động.

Câu hỏi 2 trang 58 Vật lí 10:

Hãy giải thích vì sao khi xe phanh gấp thì người ngồi trên ô tô bị nghiêng về phía trước và nêu ý nghĩa của việc đeo dây an toàn khi ngồi trên ô tô.

Lời giải:

- Xe đang chuyển động thì người ngồi trên xe đang chuyển động cùng vận tốc với xe. Khi xe phanh gấp thì phần thân dưới của người dừng lại theo xe (vì được dây an toàn giữ lại), còn phần thân người phía trên vẫn có xu hướng chuyển động với vận tốc cũ theo hướng cũ nên người ngồi trên xe bị nghiêng về phía trước. Có thể nói người ngồi trên xe bị nghiêng về phía trước do quán tính.

- Việc người ngồi trên xe bị nghiêng về phía trước khi phanh gấp có thể dẫn đến cơ thể bị va đập với các bộ phận của xe, gây ra chấn thương, nguy hiểm đến cơ thể người, vì vậy khi đi xe cần thắt dây an toàn để cố định vị trí một cách chắc chắn.

II. Định luật II Newton

Luyện tập

Luyện tập 1 trang 58 Vật lí 10:

Vận dụng mối liên hệ ở phương trình (1) để giải thích các hiện tượng sau:

a) Xe đua thường có khối lượng nhỏ.

b) Người chơi quần vợt muốn bóng chuyển động thật nhanh để ghi điểm thì đánh càng mạnh.

c) Hãy giải thích lí do tốc độ giới hạn quy định cho xe tải thường nhỏ hơn của xe con.

Lời giải:

a) Xe đua thường có khối lượng nhỏ, như vậy có thể dễ dàng tăng tốc hơn. (Với một lực tác dụng thì do khối lượng xe nhỏ nên gia tốc của xe lớn hơn)

b) Người chơi quần vợt muốn bóng chuyển động thật nhanh để ghi điểm thì đánh càng mạnh, vì khi có lực tác dụng mạnh hơn thì quả cầu sẽ nhận được gia tốc lớn hơn, tăng tốc nhanh hơn và có tốc độ chuyển động nhanh hơn.

c) Xe tải có khối lượng lớn hơn xe con nhiều lần nên quán tính của xe tải cũng lớn hơn xe con nhiều, nếu khi gặp sự cố cần phanh gấp thì xe tải sẽ khó dừng lại hơn xe con, vì vậy tốc độ giới hạn quy định cho xe tải nhỏ hơn của xe con.

Câu hỏi 3 trang 59 Vật lí 10:

Biểu diễn hợp lực và gia tốc của người nhảy dù khi đang rơi chưa bung dù và khi dù đã bung ra.

Lời giải:

Hợp lực là tổng của trọng lực và lực cản: $\overrightarrow{F}=\overrightarrow{P}+\overrightarrow{F_{\begin{array}{l}c\\ \end{array}}}$ 

- Khi mới nhảy, lực cản của không khí lên cơ thể rất nhỏ, người này rơi tự do với gia tốc g.

- Nếu rơi ở độ cao đủ lớn, tốc độ chuyển động tăng, lực cản tăng đến một giá trị cân bằng với trọng lực, làm người chuyển động đều.

- Khi dù căng ra, lực cản không khí lên dù lớn hơn trọng lực, khi đó hệ người và dù chuyển động chậm dần và tiếp đất an toàn.

Luyện tập 2 trang 59 Vật lí 10:

Một vật rơi xuống, khi va chạm với mặt đất thì giảm tốc đột ngột về không trong khoảng thời gian rất ngắn.

a) Hãy xác định hướng của hợp lực tác dụng lên vật khi va chạm với mặt đất.

b) Hãy giải thích vì sao một cốc thủy tinh nếu rơi xuống đệm cao su thì không bị vỡ như khi rơi xuống mặt sàn cứng. Biết thời gian nếu cốc va chạm với mặt sàn cứng là 0,01 giây, thời gian nếu cốc va chạm với đệm cao su là 0,20 giây.

Lời giải:

a) Khi một vật rơi xuống va chạm với mặt đất thì tốc độ giảm đột ngột về 0.

Khi vừa chạm đất, hợp lực cùng hướng với trọng lực.

b) Khi cốc thủy tinh va chạm với mặt sàn cứng, vận tốc trước va chạm lớn, thời gian va chạm ngắn 0,01 giây, lực tác dụng lên cốc lớn, làm cốc bị vỡ.

Khi cốc thủy tinh va chạm với mặt đệm cao su, thời gian va chạm dài 0,20 giây, nên lực tác dụng lên cốc nhỏ, làm cốc không bị vỡ.

III. Định luật III Newton

Câu hỏi 4 trang 60 Vật lí 10:

Hãy biểu diễn cặp lực – phản lực giữa hai cực từ gần nhau của hai nam châm ở hình 3.3

Lời giải:

Lực mà nam châm bên phải tác dụng lên nam châm bên trái là $\overrightarrow{F}$, lực mà nam châm bên trái tác dụng lên nam châm bên phải là $\overrightarrow{F\text{'}}$. Hai lực này cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn.

Vận dụng trang 60 Vật lí 10:

Hãy chỉ ra cặp vật tương tác và hướng của lực tương tác giữa chúng trong các trường hợp sau:

a) Khi đóng đinh, tay ta cảm nhận được lực dội lại.

b) Bóng đập vào tường bị bật ra.

c) Chân ta đạp vào mặt đất để bước đi.

d) Quả bóng bay bơm căng được thả ra khi không buộc kín thì sẽ bay vụt đi.

Lời giải:

a) Khi đóng đinh, búa tác dụng lên đinh một lực $\overrightarrow{F\text{'}}$ , đinh tác dụng lại búa phản lực $\overrightarrow{F}$  

b)

Quả bóng tác dụng lực $\overrightarrow{F}$ lên tường, tường tác dụng phản lực $\overrightarrow{F\text{'}}$ lên quả bóng.

c) Chân ta đạp vào mặt đất để bước đi. Chân tác dụng vào mặt đất một lực $\overrightarrow{F}$, mặt đất tác dụng lên chân một phản lực $\overrightarrow{F\text{'}}$.

d) Quả bóng bay bơm căng được thả ra khi không buộc kín thì sẽ bay vụt đi.

Quả bóng phụt khí tác dụng vào không khí một lực $\overrightarrow{F}$, không khí tác dụng lên quả bóng một phản lực $\overrightarrow{F\text{'}}$.