Các Định luật Newton về Chuyển động

Ba định luật Newton về chuyển động là các tiên đề cơ bản liên hệ các lực tác dụng lên một vật với chuyển động của nó: định luật quán tính, định luật F = dp/dt, và định luật hành động và phản ứng.

Definition

Các định luật Newton về chuyển động là ba tiên đề phát biểu rằng (1) vận tốc của một vật là không đổi trừ khi có một lực tổng hợp tác dụng lên nó, (2) lực tổng hợp tác dụng lên một vật bằng tốc độ thay đổi động lượng tuyến tính của nó theo thời gian, và (3) mọi lực hành động đều được đáp lại bằng một lực phản ứng bằng và ngược chiều tác dụng lên vật thể kia.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc trình bày, giải thích và ứng dụng ba định luật Newton: định luật thứ nhất định nghĩa hệ quy chiếu quán tính và quán tính, định luật thứ hai liên hệ lực tổng hợp với tốc độ thay đổi động lượng, và định luật thứ ba về các lực tương tác bằng nhau và ngược chiều. Nó bao gồm phân tích vật thể tự do, vai trò của khối lượng và các điều kiện áp dụng các định luật.

Core questions

• Điều gì định nghĩa một hệ quy chiếu quán tính, và tại sao định luật thứ nhất lại giả định một hệ quy chiếu như vậy?
• Định luật thứ hai liên hệ lực, khối lượng và gia tốc như thế nào?
• Tại sao các lực tương tác luôn phải xuất hiện theo cặp bằng nhau và ngược chiều?

Key concepts

• Quán tính và khối lượng quán tính
• Lực tổng hợp và sơ đồ vật thể tự do
• Hệ quy chiếu quán tính
• Cặp lực hành động-phản ứng
• Phương trình chuyển động

Key theories

Định luật thứ nhất (định luật quán tính)

Một vật duy trì trạng thái đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều trừ khi có một lực bên ngoài tổng hợp tác dụng lên nó; điều này vừa định nghĩa quán tính vừa xác định lớp các hệ quy chiếu quán tính mà trong đó các định luật có giá trị.

Định luật thứ hai (F = dp/dt)

Lực tổng hợp tác dụng lên một vật bằng tốc độ thay đổi động lượng tuyến tính của nó theo thời gian, rút gọn thành F = ma đối với khối lượng không đổi và cung cấp phương trình chuyển động trung tâm.

Định luật thứ ba (hành động-phản ứng)

Khi một vật tác dụng lực lên vật thứ hai, vật thứ hai tác dụng một lực bằng và ngược chiều lên vật thứ nhất, điều này là cơ sở cho định luật bảo toàn động lượng đối với các hệ cô lập.

Clinical relevance

Ba định luật được áp dụng rộng rãi trong phân tích tĩnh học và động lực học trong kỹ thuật, từ việc xác định kích thước các cấu trúc hỗ trợ đến thiết kế hệ thống lực đẩy và phản lực của phương tiện và tên lửa, và chúng vẫn là mô hình làm việc cho mọi chuyển động ở tốc độ và quy mô hàng ngày.

History

Newton đã phát biểu ba định luật như các tiên đề ở phần mở đầu của tác phẩm Principia năm 1687, dựa trên nguyên lý quán tính của Galileo và khái niệm về lượng chuyển động được bảo toàn của Descartes. Công thức chính xác của chúng về động lượng và sự phân biệt các hệ quy chiếu quán tính đã được làm rõ bởi các tác giả sau này, nhưng bản thân các định luật vẫn không thay đổi về cơ bản như là nền tảng của động lực học cổ điển.

Key figures

• Isaac Newton
• Galileo Galilei
• René Descartes

Seminal works

• newton1687
• taylor2005

Frequently asked questions

Định luật thứ nhất có phải chỉ là một trường hợp đặc biệt của định luật thứ hai không?

Không hoàn toàn. Với lực tổng hợp bằng không, định luật thứ hai cho gia tốc bằng không, điều này trông giống định luật thứ nhất, nhưng vai trò sâu sắc hơn của định luật thứ nhất là khẳng định sự tồn tại của các hệ quy chiếu quán tính mà trong đó định luật thứ hai có giá trị.

Các lực hành động và phản ứng có triệt tiêu lẫn nhau không?

Không. Chúng tác dụng lên các vật thể khác nhau, vì vậy chúng không bao giờ triệt tiêu trên một vật thể duy nhất; sự triệt tiêu chỉ xảy ra nếu cả hai lực tác dụng lên cùng một vật thể.