Chuyển động là một chủ đề chính trong cơ học.
Có những định luật khác nhau giải thích chuyển động và nguyên nhân của những thay đổi trong chuyển động. Định luật nổi tiếng nhất trong số các định luật chuyển động này được đề xuất bởi Sir Issac Newton. Ông đã biên soạn ba định luật chuyển động trong các Nguyên lý Toán học của Triết học Tự nhiên (xuất bản năm 1687).
Trước khi bắt đầu thảo luận về Định luật chuyển động của Newton, chúng ta hãy xem xét một số thuật ngữ và khái niệm cơ bản được sử dụng để mô tả chuyển động.
Lực là một lực đẩy hoặc một lực kéo tác dụng lên một vật để làm vật đó di chuyển hoặc làm thay đổi chuyển động của vật đó.
Vận tốc còn được gọi là tốc độ. Vận tốc của vật chịu tác dụng của các lực.
Gia tốc là thước đo vận tốc của một vật thay đổi bao nhiêu trong một thời gian nhất định (một giây).
Khối lượng là khối lượng của một thứ gì đó có mặt và được đo bằng gam hoặc kilôgam.
Momentum là tổng số chuyển động có trong một cơ thể.
Định luật chuyển động đầu tiên của Newton
Một vật tiếp tục ở trạng thái nghỉ hoặc chuyển động thẳng đều trên một đường thẳng trừ khi có ngoại lực tác dụng lên vật đó. Cho dù chúng ta đạp bàn đạp xe đạp để lên đồi, đạp xuống đất để đi bộ đến công viên hay kéo một ngăn kéo bị kẹt để mở nó, lực chúng ta tác động sẽ khiến mọi thứ di chuyển. Định luật đầu tiên của Newton cho chúng ta biết rằng khi lực thuần bằng không tác động, vận tốc của vật thể phải không đổi. Nếu vật đang đứng yên thì vật tiếp tục đứng yên. Nếu ban đầu nó đang chuyển động thì nó tiếp tục chuyển động thẳng đều với vận tốc không đổi.
Định luật đầu tiên của Newton định nghĩa quán tính và được gọi đúng là Định luật Quán tính . Để đánh bật tương cà khỏi đáy chai tương cà, người ta thường úp ngược chai và đẩy xuống dưới với tốc độ cao rồi đột ngột dừng lại.
Một số ứng dụng của định luật chuyển động đầu tiên của Newton như sau:
- Để bắt một chiếc xe buýt đang di chuyển một cách an toàn, chúng ta phải chạy về phía trước theo hướng chuyển động của xe buýt.
- Bất cứ khi nào bắt buộc phải nhảy khỏi xe buýt đang di chuyển, chúng ta phải luôn chạy một đoạn ngắn sau khi nhảy trên đường để tránh bị ngã về phía trước.
- Máu dồn từ đầu xuống chân trong khi nhanh chóng dừng lại khi đi trên thang máy đang đi xuống.
- Đầu búa có thể được siết chặt vào cán gỗ bằng cách đập đáy của cán vào bề mặt cứng.
- Tựa đầu được đặt trong ô tô để tránh chấn thương do va chạm từ phía sau.
- Trong khi đi ván trượt (hoặc xe goòng hoặc xe đạp), bạn bay về phía trước khỏi ván khi va vào lề đường hoặc đá hoặc một vật khác làm tạm dừng chuyển động của ván trượt đột ngột.
Định luật chuyển động thứ hai của Newton
Theo định luật chuyển động thứ hai của Newton, tốc độ thay đổi của động lượng tỷ lệ thuận với lực tác dụng và sự thay đổi này luôn diễn ra theo hướng của lực tác dụng. Lực thuần tác dụng lên vật bằng tích khối lượng của vật và gia tốc của vật đó.
Lực thực = khối lượng * gia tốc hoặc F = ma
Vật có khối lượng càng lớn thì lực thuần càng phải dùng để di chuyển vật đó.
Một số ứng dụng của định luật chuyển động thứ hai của Newton như sau:
- Nếu cùng dùng một lực để đẩy một xe tải và đẩy một ô tô con thì ô tô con sẽ có gia tốc lớn hơn ô tô tải, vì ô tô tải có khối lượng nhỏ hơn.
- Việc đẩy một giỏ hàng rỗng dễ dàng hơn một giỏ hàng đầy đủ vì giỏ hàng đầy đủ có khối lượng nhiều hơn giỏ hàng rỗng. Điều này có nghĩa là cần nhiều lực hơn để đẩy hết giỏ hàng.
- Một cầu thủ cricket hạ thấp tay khi bắt bóng. Nếu một cầu thủ không hạ tay xuống trong khi bắt bóng, thời gian để bóng dừng lại là rất ít. Vì vậy, một lực lớn phải được tác dụng để giảm vận tốc của quả bóng về 0 hoặc để thay đổi động lượng của quả bóng. Khi một người chơi hạ tay xuống, thời gian dừng bóng sẽ tăng lên và do đó, lực tác dụng ít hơn để gây ra sự thay đổi tương tự về động lượng của quả bóng. Do đó, tay của cầu thủ này không bị thương.
- Một người chơi karate phá vỡ các đống gạch hoặc gạch chỉ bằng một cú đánh. Khi một người chơi karate dùng tay đập vào các đống gạch, anh ta thực hiện càng nhanh càng tốt, Nói cách khác, thời gian cần thiết để đánh vào các đống gạch là rất ít. Khi động lượng của tay của một người chơi karate giảm xuống 0 khi tay của anh ta đập vào đống gạch trong một khoảng thời gian rất nhỏ, do đó, một lực rất lớn sẽ được tác động lên đống gạch. Lực này đủ để làm vỡ đống gạch.
Định luật chuyển động thứ ba của Newton
Định luật thứ ba của chuyển động nói rằng đối với mọi hành động đều có một phản lực ngang bằng và ngược chiều tác dụng với cùng một động lượng và ngược lại vận tốc. Phát biểu có nghĩa là trong mọi tương tác, có một cặp lực tác dụng lên hai vật tương tác. Độ lớn của lực tác dụng lên vật thứ nhất bằng độ lớn của lực tác dụng lên vật thứ hai. Chiều của lực tác dụng vào vật thứ nhất ngược với chiều của lực tác dụng vào vật thứ hai. Các lực luôn đi theo cặp - cặp lực tác dụng - phản lực bằng nhau và ngược chiều.
Một số ứng dụng của định luật chuyển động thứ ba của Newton như sau:
- Khi không khí bay ra khỏi quả bóng bay, phản ứng ngược lại là quả bóng bay lên.
- Khi bạn lặn khỏi ván lặn, bạn đẩy bàn đạp xuống. Tấm ván đàn hồi và ép bạn vào không khí.
- Nghĩ về cách cá bơi trong nước. Một con cá sử dụng vây của mình để đẩy nước về phía sau. Nước cũng đẩy cá về phía trước do đó đẩy cá đi qua mặt nước. Độ lớn của lực đối với mặt nước bằng độ lớn của lực đối với cá; chiều của lực tác dụng lên mặt nước (ngược) ngược chiều với hướng của lực lên cá (tiến). Đối với mọi hành động, có một phản lực bằng nhau (về kích thước) và ngược chiều (có hướng). Các cặp lực phản lực - hành động giúp cá có thể bơi được.
- Hãy xem xét chuyển động bay của các loài chim. Một con chim bay bằng cách sử dụng đôi cánh của mình. Cánh của một con chim đẩy không khí xuống dưới. Vì các lực là kết quả của sự tương tác lẫn nhau, nên không khí cũng phải đẩy con chim lên trên. Độ lớn của lực đối với không khí bằng độ lớn của lực đối với con chim; hướng của lực tác dụng lên không khí (hướng xuống) ngược với hướng của lực tác dụng lên chim (hướng lên trên). Các cặp lực phản ứng-hành động này làm cho chim có thể bay.
