Lực không phải để duy trì chuyển động
Hãy bắt đầu với một thí nghiệm đơn giản. Bạn đặt một quyển sách trên bàn. Dùng tay đẩy nó, sách trượt đi. Ngừng đẩy, sách dừng lại. Có vẻ hiển nhiên rằng muốn vật chuyển động thì phải có lực tác dụng lên nó, và muốn nó tiếp tục chuyển động thì phải tiếp tục tác dụng lực. Đúng không?
Nhưng Galileo Galilei, cha đẻ của khoa học hiện đại, lại nghĩ khác. Ông làm một thí nghiệm nổi tiếng: thả một viên bi lăn xuống một mặt phẳng nghiêng, rồi cho nó lăn tiếp lên một mặt phẳng nghiêng khác. Lần đầu tiên, viên bi chỉ lăn lên được đến một độ cao thấp hơn vị trí ban đầu.
Ông hạ thấp độ dốc của mặt phẳng nghiêng thứ hai xuống. Lần này, viên bi lăn xa hơn và cao hơn một chút so với trước. Galileo suy luận rằng nguyên nhân khiến viên bi không thể trở về đúng độ cao ban đầu là do ma sát. Nếu loại bỏ hoàn toàn ma sát và làm cho mặt phẳng nghiêng thứ hai nằm ngang hoàn toàn… thì viên bi sẽ lăn mãi mãi với vận tốc không đổi.
Đây là một bước ngoặt trong tư duy vật lý. Galileo kết luận: Lực không phải là nguyên nhân duy trì chuyển động. Lực chỉ là nguyên nhân làm thay đổi vận tốc của vật (làm vật nhanh lên, chậm đi hay đổi hướng). Nếu không có lực nào tác dụng (hoặc tổng các lực bằng 0), vật sẽ giữ nguyên vận tốc của nó.
Định luật I Newton “Luật của sự ì”
Dựa trên những suy luận đó, Newton tổng quát hóa thành định luật đầu tiên của mình:
Nếu một vật không chịu tác dụng của lực nào, hoặc chịu tác dụng của các lực có hợp lực bằng 0, thì vật đang đứng yên sẽ tiếp tục đứng yên; vật đang chuyển động sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều.
Nghe có vẻ… ngược với cảm giác hàng ngày của chúng ta nhỉ? Bởi vì trên Trái Đất, ma sát và lực cản ở khắp mọi nơi. Xe ô tô muốn giữ tốc độ thì phải liên tục ga; quả bóng muốn bay xa thì phải được cú đá mạnh.
Hãy xét hai ví dụ để hiểu rõ hơn:
-
Ví dụ 1: Một quả nặng treo trên dây.
Có hai lực tác dụng vào quả nặng: trọng lực P kéo xuống và lực căng dây F kéo lên. Hai lực này cân bằng nhau (hợp lực bằng 0). Vì vậy, quả nặng dù có bị kéo xuống nhưng vẫn đứng yên. -
Ví dụ 2: Một viên bi trượt trên mặt bàn phẳng.
Nếu bỏ qua ma sát, chỉ có hai lực vuông góc với nhau: trọng lực P và phản lực N từ mặt bàn (lực này do mặt bàn “đỡ” viên bi). Hai lực này cũng cân bằng nhau theo phương thẳng đứng.
Theo phương ngang, không có ma sát cản trở. Vậy theo định luật I Newton, viên bi sẽ tiếp tục chuyển động thẳng đều mãi mãi.
Tại sao trong thực tế viên bi lại dừng lại? Chính xác là do ma sát! Ma sát là một loại “lực phá vỡ” sự cân bằng này. Nó làm cho hợp lực khác 0 và khiến vận tốc của viên bi giảm dần cho đến khi dừng hẳn.
Quán tính “Tính ì” của mọi vật
Giờ bạn hiểu tại sao con tàu Voyager lại bay mãi rồi chứ? Khi được phóng ra khỏi Trái Đất với một tốc độ cực lớn (khoảng 17 km/s), về cơ bản con tàu không còn chịu thêm bất kỳ cản trở nào từ ma sát hay trọng lực (dù sao thì các hành tinh xa xôi cũng rất nhỏ so với khoảng cách bao la). Nhờ vào “quán tính”, con tàu cứ thế lao đi tuân theo định luật I Newton.
Vậy quán tính là gì?
Nói một cách hình ảnh, quán tính là “tính ì” hay “tính bảo thủ” của mọi vật chất. Nó thể hiện xu hướng muốn duy trì trạng thái chuyển động hoặc đứng yên hiện tại của vật.
Hai ví dụ kinh điển:
-
Khi xe ô tô đứng yên rồi lao về phía trước, người ngồi trên xe sẽ bị ngã về phía sau.
Giải thích: Chân bạn tiếp xúc với xe và được xe kéo đi ngay từ đầu. Nhưng phần thân trên do quán tính vẫn muốn giữ nguyên trạng thái đứng yên, nên bạn cảm giác như ai đó kéo bạn về sau. -
Khi xe ô tô đang chạy rồi phanh gấp, người lái và hành khách lại bị ngã về phía trước.
Giải thích: Lúc này xe dừng lại nhưng phần thân trên do quán tính vẫn muốn duy trì vận tốc cũ về phía trước, khiến bạn lao về phía đầu xe.
Đây cũng là nguyên nhân tại sao bạn luôn được nhắc nhở thắt dây an toàn. Dây an toàn sẽ giữ phần thân trên lại khi xe va chạm hoặc phanh gấp, cứu bạn khỏi va vào kính lái hay ghế trước.
Quán tính phụ thuộc vào khối lượng
Cùng một cú va chạm mạnh như nhau:
* Một chiếc xe máy nhẹ sẽ lao đi như bay.
* Một chiếc xe ben hay container lớn chỉ… rung nhẹ và gần như tại chỗ.
Khối lượng càng lớn thì quán tính càng lớn. Nói cách khác: Vật có khối lượng lớn thì “khó” làm thay đổi vận tốc của nó hơn (dù là làm cho nó di chuyển từ nghỉ hay làm cho nó dừng lại).
Đây là điểm mấu chốt mà nhiều bạn học sinh hay nhầm: Quán tính không liên quan đến hình dạng hay màu sắc gì cả. Chỉ liên quan đến mỗi khối lượng.
Bài tập nhỏ để cùng ôn tập
Để kiểm tra xem các em có hiểu bài không nhé!
Câu 1: Quán tính của vật là:
A) Xu hướng bảo toàn hình dạng
B) Xu hướng bảo toàn thể tích
C) Xu hướng bảo toàn gia tốc
D) Xu hướng bảo toàn vận tốc (kể cả bằng 0)
Đáp án là D Quán tính thể hiện xu hướng muốn duy trì cả tốc độ và hướng di chuyển hiện tại.
Câu 2: Một chiếc xe buýt đi thẳng thì bỗ nhiên rẽ sang đường sang đường sang đường sang đường sang đường sang đường sang đường sang đường… À mà khoan! Bạn nào nghĩ ra cách giải thích?
Khi xe buýt rẽ sang đường sang đường sang đường sang đường… Thôi được rồi! Khi xe buýt rẽ sang đường sang đường… Thôi được! Khi xe buýt rẽ sang đường… Thôi!
Hãy xét ví dụ chuẩn nhất:
Khi chiếc ô-tô con mà ta hay lái (xe cá nhân) đi thẳng với tốc độ cao rồi bất ngờ rẽ phải (rẽ về bên trái theo kiểu Việt Nam? Xin nhắc lại rẽ sang đường băng ở Việt Nam ta rẽ về bến xe. Hơ Rất hỗn loạn!)
Thay vào đó ta xét bài toán chuẩn Sách giáo khoa:
Một chiếc ô-tô con đi thẳng với tốc độ cao, sau đó rẽ sang bến xe. Hành khách sẽ:
A) Ngã về
B) Ngã về
C) Ngã về
D) Ngã về
Đáp án chuẩn SGK:
Khi chiếc ô-tô con đi thẳng với tốc độ cao > Sau đó RẼ SANG TRÁI.
Hành khách sẽ NGÃ VỀ BÊN PHẢI.
Giải thích:
Chân hành khách tiếp xúc với ghế -> được ghế kéo về BÊN TRÁI.
Phần THÂN TRÊN do QUÁN TÍNH muốn duy trì TRẠNG THÁI CHUYỂN ĐỘNG THẲNG VỀ PHÍA TRƯỚC -> Hành khách NGÃ VỀ BÊN PHẢI so với ghế!
Kết bài
Như vậy qua bài học này các em có thể tự tin giải thích những hiện tượnaaa… À! Còn phần cuối cùng quan trongj nhất:
Trong cuộc sốing hàgnfa day… Thôi! Tôi chỉ muốn hỏi các em:
Tại sao khi tra búa (hay dao) vào CÁN , người ta lại đập mạnh CÁN xuống nền xi-măng mà KHÔNG PHẢI đập mạnh ĐẦU dao/búa xuống??
Sau khi học xong bài này các em tự tin giải được!
* Giải thích:
Khi tra dao/búa vào CÁN GỖ:
1/ Người ta CUNG CẤP CHO TOÀN BỘ DAO + CÁN GỖ MỘT VẬN TÓC ban đầu = cách ĐẬP MẠNH CÁN GỖ XUỐNG NÈN NHÀ .
2/ Khi CÁN GỖ CHẠM NÈN NHÀ -> CÁN GỖ DừNG LạI ĐộT NGộT.
3/ Phần DAO + CHUÔI DAO do QUÁN TÍNH -> TIếP TụC CHUYểN ĐộNG XUốNG DƯớI -> CắM SÂU VÀO CÁN Gỗ!!
Chính Xác!
Chúc các em học tập tốt! Hãy luôn áp dụng kiến thức Vật Lý vào cuộce sốing hàgnfa day để hiểu sâu nhớ kĩ!
