Mục lục bài họcĐang ở d02-b1
Chương 2 · Unit 2 — Force and Translational Dynamics · Bài 1/3 của chương · bài 4/22 của AP Physics 1
Newton's Laws and Free-Body Diagrams
Ba định luật Newton và sơ đồ vật tự do
Lý thuyết · English
The three laws, stated usefully
- First: if $\sum F=0$ the velocity does not change. "At rest" and "constant velocity" are the same case.
- Second: $\sum \vec F=m\vec a$, applied one axis at a time.
- Third: forces come in pairs that act on different objects, are equal in magnitude and opposite in direction.
Rules for a free-body diagram
- Draw only forces acting on the chosen object.
- Every force must have an identifiable source — another object touching it, or gravity.
- There is no "force of motion": a moving object needs no forward force to keep moving.
- Label with the source, e.g. $F_{\text{rope on box}}$, not just $F$.
Giải thích tiếng Việt
Ba định luật, phát biểu theo cách dùng được:
- Thứ nhất: $\sum F=0$ thì vận tốc không đổi. “Đứng yên” và “đi đều” là cùng một trường hợp.
- Thứ hai: $\sum\vec F=m\vec a$, áp từng trục một.
- Thứ ba: lực đi thành cặp, tác dụng lên hai vật khác nhau, cùng độ lớn ngược chiều.
Bốn quy tắc vẽ sơ đồ vật tự do:
- Chỉ vẽ lực tác dụng lên vật đang xét.
- Mỗi lực phải chỉ ra được vật nào gây ra — không chỉ ra được thì nó không tồn tại.
- Không có “lực của chuyển động”. Vật đang đi không cần lực đẩy tới để tiếp tục đi. Đây là quan niệm sai phổ biến nhất trong toàn bộ môn vật lý.
- Ghi nhãn theo nguồn: $F_{\text{dây lên hộp}}$, không viết trơ trọi $F$.
Khối trên mặt phẳng nghiêng. Chỉ có ba lực: trọng lực, phản lực pháp tuyến, ma sát. Không có “lực trượt xuống” riêng — thứ kéo khối xuống chính là thành phần $mg\sin\theta$ của trọng lực. Mẹo giải: xoay hệ trục cho một trục nằm dọc mặt nghiêng, khi đó $N$ và ma sát đã nằm sẵn trên trục và chỉ còn phải tách một lực duy nhất là trọng lực.
Ví dụ — khối trên mặt nghiêng có ma sát
Khối $m=4$ kg trên mặt nghiêng $30°$, hệ số ma sát động $\mu_k=0{,}2$, đang trượt xuống. Tính gia tốc. Lấy $g=10$ m/s².
Giải.
Chọn trục $x$ dọc mặt nghiêng, chiều dương hướng xuống dốc.
Vuông góc: $N=mg\cos30°=4(10)(0{,}866)=34{,}6$ N.
Ma sát cản chuyển động nên hướng lên dốc: $f=\mu_kN=0{,}2(34{,}6)=6{,}93$ N.
Dọc mặt nghiêng:
$$ma=mg\sin30°-f=4(10)(0{,}5)-6{,}93=20-6{,}93=13{,}07\ \text{N}$$$$a=\frac{13{,}07}{4}\approx3{,}27\ \text{m/s}^2\ \text{xuống dốc}$$Chú ý $N\neq mg$ trên mặt nghiêng — quên $\cos\theta$ là lỗi phổ biến nhất ở dạng này.
Bẫy hay mất điểm — Cặp lực định luật ba không bao giờ nằm trên cùng một sơ đồ vật tự do, vì chúng tác dụng lên hai vật khác nhau. Còn $N$ và $mg$ của khối nằm trên mặt phẳng ngang cùng độ lớn nhưng KHÔNG phải cặp định luật ba — cả hai đều tác dụng lên cùng một vật, và chúng chỉ tình cờ bằng nhau.
Phải nhớ — Chỉ vẽ lực tác dụng lên vật, mỗi lực có nguồn. Không có lực của chuyển động. Trên mặt nghiêng thì xoay trục.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 2 — Force and Translational Dynamics gồm 14 câu trắc nghiệm và 5 đề tự luận, ra khó hơn đề thật 30–50%. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.