Bài giảng vật lý đại cương | Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

ĐẠI HỌC HUẾ
KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
TS. NGUYỄN ĐĂNG NHẬT BÀI GIẢNG
VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG
(Dùng cho sinh viên khối ngành kỹ thuật và công nghệ) Huế, 2022 i ii LỜI NÓI ĐẦU
Bài giảng Vật lý đại cương là tài liệu chính thức dùng cho sinh viên
Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Đại học Huế và là tài liệu tham khảo cho
các trường Đại học, Cao đẳng khối ngành kỹ thuật và công nghệ. Bài
giảng nhằm mục đích cung cấp cho sinh viên khối ngành kỹ thuật và
công nghệ những kiến thức vật lý cơ bản tạo nền tảng để học tốt các môn
học cơ sở và chuyên ngành. Trong mỗi chương cũng đề cập đến một số
ứng dụng của kiến thức vật lý liên quan đến các ngành.
Nội dung giáo trình gồm 8 chương:
Chương 1. Cơ học chất điểm
Chương 2. Động lực học vật rắn Chương 3. Chất lỏng
Chương 4. Nhiệt học và nhiệt động lực học
Chương 5. Điện trường. Từ trường. Sóng điện từ
Chương 6. Dòng điện không đổi
Chương 7. Dao động điện từ
Chương 8. Vật dẫn – Điện môi
Mặc dù đã nỗ lực, cố gắng trong quá trình biên soạn, nhưng chắc
chắn không tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được
mọi góp ý của quý đồng nghiệp và bạn đọc để cuốn sách được hoàn thiện
hơn trong lần tái bản sau. TÁC GIẢ iii iv MỤC LỤC Trang BÀI MỞ ĐẦU 1
Chương 1. CƠ HỌC CHẤT ĐIỂM 4
1.1. Động học chất điểm 4
1.1.1. Một số khái niệm 4 1.1.2. Vectơ vận tốc 6 1.1.3. Vectơ gia tốc 8
1.2. Động lực học chất điểm 10
1.2.1. Các định luật Newton 10
1.2.2. Các định lý về động lượng 13 1.3. Công và năng lượng 17 1.3.1. Công 17 1.3.2. Công suất 20 1.3.3. Năng lượng 20
Chương 2. ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN 29
2.1. Khối tâm và phương trình chuyển động khối tâm 29
2.1.1. Khối tâm của hệ chất điểm 29
2.1.2. Vận tốc khối tâm 30
2.1.3. Phương trình chuyển động khối tâm 30
2.2. Các đặc điểm của chuyển động tịnh tiến, chuyển động 31
quay của vật rắn quanh một trục
2.2.1. Chuyển động tịnh tiến của vật rắn 31
2.2.2. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định 32 v
2.3. Mômen động lượng của hệ chất điểm 34
2.4. Các định lý về mômen động lượng của một hệ, của 35
một vật quay xung quanh một trục
2.5. Định luật bảo toàn mômen động lượng. Ứng dụng 36
2.6. Công và động năng của vật rắn 37 2.6.1. Công 37
2.6.2. Động năng trong chuyển động quay của vật rắn. Vật rắn 37 lăn không trượt
Chương 3. CHẤT LỎNG 41
3.1. Sự chảy dừng. Phương trình liên tục. Phương trình Bernoulli 41
3.1.1. Sự chảy dừng. Phương trình liên tục 41
3.1.2. Phương trình Bernoulli 42
3.2. Tính nhớt của chất lỏng 45
3.2.1. Tính nhớt của chất lỏng. Phương trình Newton 45
3.2.2. Ứng dụng nghiên cứu tính nhớt của môi trường 46
3.3. Sự chảy tầng và chảy rối. Ứng dụng trong nghiên cứu 46 hệ sinh vật
3.3.1. Sự chảy tầng và chảy rối 46
3.3.2. Ứng dụng trong nghiên cứu hệ sinh vật 47
Chương 4. NHIỆT HỌC VÀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 49
4.1. Các định luật thực nghiệm của chất khí 49
4.1.1. Một số khái niệm cơ bản 49
4.1.2. Phương trình trạng thái khí lý tưởng 51
4.1.3. Các định luật thực nghiệm của chất khí 52
4.1.4. Nội năng của khí lý tưởng 53 vi
4.2. Các nguyên lý của nhiệt động lực học 55
4.2.1. Các khái niệm cơ bản 55
4.2.2. Nguyên lý thứ nhất của nhiệt động lực học 57
4.2.3. Nguyên lý thứ hai của nhiệt động lực học 62
Chương 5. ĐIỆN TRƯỜNG. TỪ TRƯỜNG. SÓNG ĐIỆN TỪ 70 5.1. Điện trường 70
5.1.1. Tương tác giữa các điện tích. Định luật Coulomb 70
5.1.2. Điện trường. Vectơ cường độ điện trường 73
5.1.3. Điện thế. Hiệu điện thế 75 5.2. Từ trường 78
5.2.1. Tương tác từ. Vectơ cảm ứng từ 78
5.2.2. Ứng dụng của từ trường trong các lĩnh vực nông nghiệp 82
5.3. Điện từ trường. Sóng điện từ 83
5.3.1. Khái niệm điện từ trường 83
5.3.2. Khái niệm sóng điện từ 83
5.3.3. Tính chất cơ bản của sóng điện từ 84
5.3.4. Thang sóng điện từ. Ứng dụng của sóng điện từ 85
trong các lĩnh vực nông nghiệp
Chương 6. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI 89
6.1. Bản chất của dòng điện 89
6.1.1. Định nghĩa dòng điện 89
6.1.2. Dòng điện trong các môi trường 89
6.2. Những đại lượng đặc trưng của dòng điện 91
6.2.1. Cường độ dòng điện 91
6.2.2. Vectơ mật độ dòng điện 92 vii
6.3. Định luật Ohm đối với đoạn mạch thuần trở 93
6.3.1. Phát biểu định luật 93
6.3.2. Điện trở và điện trở suất 94
6.3.3. Sự phụ thuộc của điện trở suất theo nhiệt độ 95
6.3.4. Dạng vi phân của định luật Ôm 95
6.4. Nguồn điện. Suất điện động. Định luật Ohm tổng quát 96 và cho toàn mạch 6.4.1. Nguồn điện 96
6.4.2. Suất điện động của nguồn điện 96
6.4.3. Định luật Ohm tổng quát và cho toàn mạch 97 6.5. Định luật Kirchhoff 102
6.5.1. Cấu tạo của một mạch điện tổng quát 102
6.5.2. Các định luật cơ bản về mạch điện tổng quát (các 103 định luật Kiarơkhốp)
6.5.3. Các bước giải mạch điện theo định luật Kirchhoff 103
6.6. Định luật Joule-Lenz. Công, công suất của dòng điện 105 và nguồn điện
6.6.1. Định luật Joule-Lenz 105
6.6.2. Công, công suất của dòng điện và nguồn điện 106
Chương 7. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ 109
7.1. Dao động điện từ điều hòa 109
7.1.1. Mạch dao động điện từ LC 109
7.1.2. Phương trình dao động điện từ điều hòa 111
7.2. Dao động điện từ tắt dần 112
7.2.1. Mạch dao động điện từ RLC 112
7.2.2. Phương trình dao động điện từ tắt dần 113 viii
7.3. Dao động điện từ cưỡng bức 115
7.3.1. Hiện tượng dao động điện từ cưỡng bức 115
7.3.2. Phương trình dao động điện từ cưỡng bức 116
7.3.3. Hiện tượng cộng hưởng 117
7.4. Sự tổng hợp dao động 119
7.4.1. Tổng hợp hai dao động điều hoà cùng phương và cùng 119 tần số
7.4.2. Tổng hợp hai dao động điều hòa có phương vuông góc 121 và cùng tần số góc
Chương 8. VẬT DẪN – ĐIỆN MÔI 126 8.1. Vật dẫn 126
8.1.1. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện 126
8.1.2. Điện dung - Tụ điện - Năng lượng điện trường 129 8.2. Điện môi 134
8.2.1. Hiện tượng phân cực điện môi 134
8.2.2. Điện môi trong điện trường 137
8.2.3. Điện trường tại mặt phân cách giữa hai môi trường 138
8.2.4. Điện môi đặc biệt 140
TÀI LIỆU THAM KHẢO 143 ix BÀI MỞ ĐẦU
 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu vật lý học
Vật lý học là môn khoa học tự nhiên nghiên cứu những dạng vận
động tổng quát nhất của thế giới vật chất, từ đó tìm ra những quy luật
tổng quát về cấu tạo và vận động của vật chất. Vật lý học được chia
thành các lĩnh vực nghiên cứu về vận động cơ học, nhiệt học, điện-từ,
nguyên tử và hạt nhân...
Vật lý học là môn khoa học thực nghiệm. Các phương pháp sử
dụng trong nghiên cứu vật lý có sự phù hợp, thống nhất giữa lý thuyết
với thực tế và gồm các khâu sau đây:
Quan sát: Việc quan sát các hiện tượng, quá trình vật lý có thể là
trực tiếp bởi các giác quan hoặc nhờ các dụng cụ, máy móc.
Mức độ cao hơn quan sát là thí nghiệm: Ở khâu này, người ta tìm
cách lặp lại hiện tượng cần quan sát nhiều lần, trong những điều kiện
nhất định để hiểu rõ hơn đặc tính, bản chất của hiện tượng. Có những thí
nghiệm định tính và những thí nghiệm định lượng. Thí nghiệm định
lượng thường kèm theo đó các đại lượng vật lý. Việc đo chính xác các
đại lượng vật lý là điều kiện để đánh giá định lượng thí nghiệm và nhận thức hiện tượng.
Sau khi quan sát và thí nghiệm, người ta rút ra các quy luật vật lý.
Quy luật vật lý có thể nêu lên thuộc tính của một đối tượng, hiện tượng
vật lý hoặc nêu mối quan hệ giữa các thuộc tính của một hay nhiều đối
tượng, hiện tượng vật lý.
Để giải thích đặc tính hay quy luật của một hiện tượng vật lý, người
ta đưa ra các giả thuyết nêu lên bản chất của hiện tượng đó. Mức độ đúng
đắn của giả thuyết được đánh giá qua mức độ phù hợp của nó với thực
nghiệm và những kết quả rút ra từ giả thuyết.
Để cho đơn giản, khi phân tích những hiện tượng vật lý phức tạp,
vật lý học sử dụng phương pháp lý tưởng hóa, dựa trên cơ sở loại trừ
những yếu tố thứ yếu và đưa ra những khái niệm lý tưởng như chất điểm,
vật rắn lý tưởng, vật đen tuyệt đối... 1
Áp dụng các kết quả nghiên cứu của vật lý vào thực tế đời sống con
người là khâu cuối cùng đặc biệt quan trọng vì nó chính là động lực thúc
đẩy vật lý học ngày càng phát triển.
 Đại lượng vật lý và đơn vị đo đại lượng vật lý
Mỗi thuộc tính của một đối tượng hay đặc tính của hiện tượng, quá
trình vật lý được đặc trưng bởi một đại lượng vật lý. Đại lượng vật lý có
thể là đại lượng vô hướng, được xác định chỉ bởi giá trị của nó, cũng có
thể là đại lượng vectơ, được xác định khi biết cả điểm đặt, phương, chiều và độ lớn.
 Đơn vị vật lý: Để định nghĩa đơn vị của tất cả các đại lượng vật
lý, người ta chọn trước một số đơn vị gọi là đơn vị cơ bản, các đơn vị
khác suy ra từ các đơn vị cơ bản gọi là đơn vị dẫn xuất. Đơn vị cơ bản: Chiều dài mét (m) Khối lượng kilogram (kg) Thời gian giây (s) Nhiệt độ kelvin (K) Cường độ dòng điện ampe (A) Cường độ chiếu sáng candela (cd) Số hạt mol (mol) Đơn vị phụ: Góc phẳng radian (rad) Góc khối steradian (sr)
Đơn vị dẫn xuất: Diện tích mét vuông (m2) Thể tích mét khối (m3) Chu kỳ giây (s) Tần số hertz (Hz) Vận tốc mét trên giây (m/s) Gia tốc mét trên giây bình phương (m/s2) Lực newton (N) Năng lượng joule (J) 2 Công suất watt (W) Áp suất pascal (Pa) Điện tích coulomb (C) Hiệu điện thế vôn (V)
Cường độ điện trường vôn trên mét (V/m) Điện dung fara (F) Cảm ứng từ tesla (T) Từ thông weber (Wb) Độ tự cảm henry (H) …
 Thứ nguyên: Từ các đơn vị cơ bản, ta định nghĩa được các đơn
vị dẫn xuất. Việc định nghĩa này dựa vào một khái niệm thứ nguyên.
Thứ nguyên của một đại lượng là quy luật nêu lên sự phụ thuộc của
đơn vị đo đại lượng đó vào các đơn vị cơ bản.
Để cho cách viết đơn giản ta ký hiệu: [độ dài] = L [thời gian] = T [khối lượng] = M [diện tích] = L2 [thể tích] = L3 [vận tốc] = LT-1 [gia tốc] = LT-2
[khối lượng riêng] = ML-3 3 Chương 1
CƠ HỌC CHẤT ĐIỂM
1.1. Động học chất điểm
1.1.1. Một số khái niệm
1.1.1.1. Chuyển động và hệ quy chiếu
Trong thực tế, ta thường nói máy bay bay trên trời, ôtô chạy trên
đường… Trong vật lý, người ta gọi chung các hiện tượng đó là chuyển động.
Theo định nghĩa, chuyển động của một vật là sự chuyển dời vị trí
của vật đó đối với các vật khác trong không gian và thời gian. Để xác
định vị trí của một vật chuyển động, ta phải xác định khoảng cách từ vật
đó đến một vật (hoặc một hệ vật) khác được quy ước là đứng yên.
Như vậy, vị trí của một vật chuyển động là vị trí tương đối của vật
đó so với một vật hoặc một hệ vật được quy ước là đứng yên. Từ đó,
người ta đưa ra định nghĩa về hệ quy chiếu.
Hệ quy chiếu là một hệ tọa độ, dựa vào đó vị trí của mọi điểm trên
các vật thể và vị trí của các vật thể khác được xác định, đồng thời có một
đồng hồ đo thời gian để xác định thời điểm của các sự kiện. Cùng một sự
kiện vật lý, khi ta thay đổi hệ quy chiếu thì vị trí và thời gian xảy ra sẽ khác nhau.
Vậy, chuyển động của một vật chỉ có tính chất tương đối tùy theo
hệ quy chiếu được chọn, đối với hệ quy chiếu này nó chuyển động,
nhưng đối với hệ quy chiếu khác nó có thể là đứng yên.
Ví dụ: Một người ngồi trên xe buýt đang chuyển động thì người đó
chuyển động so với ngôi nhà bên đường nhưng đứng yên so với xe buýt.
1.1.1.2. Chất điểm. Hệ chất điểm
Khi xét chuyển động của Trái Đất quay xung quanh Mặt Trời ta có
thể xem Trái Đất là chất điểm nếu bỏ qua chuyển động quay quanh trục của nó. 4
Như vậy, chất điểm là một vật có kích thước nhỏ, không đáng kể so
với những khoảng cách, những kích thước mà ta đang khảo sát.
Tập hợp các chất điểm được gọi là hệ chất điểm. Nếu khoảng cách
tương đối giữa các chất điểm của hệ không thay đổi thì hệ chất điểm đó
được gọi là vật rắn.
1.1.1.3. Vectơ tọa độ, phương trình chuyển động và phương trình quỹ đạo
a. Vectơ tọa độ và phương trình chuyển động
Chuyển động xảy ra trong không gian và theo thời gian nên để mô
tả chuyển động trước hết ta phải định vị vật trong không gian. Muốn vậy,
ta phải đưa vào hệ quy chiếu một hệ
tọa độ thích hợp. Trong vật lý, có rất
nhiều hệ tọa độ khác nhau. Tuy
nhiên, trong giáo trình này chúng ta
sẽ chỉ đề cập đến hệ tọa độ Descartes.
Hệ tọa độ Descartes gồm có 3 trục O ,
x Oy, Oz vuông góc với nhau
từng đôi một tạo thành một tam diện
thuận, O là gốc tọa độ.
Hình 1.1. Vectơ tọa độ
Xét một chất điểm chuyển
động so với gốc O. Tại thời điểm t , chất điểm ở vị trí M trong không
gian. Vectơ vẽ từ gốc O đến M được gọi là vectơ tọa độ của chất điểm và
được ký hiệu là r : OM  r
Trong hệ tọa độ Oxyz , r được biểu diễn như sau:
r  xi  yj  zk 2 2 2 r 
x  y  z
Trong đó: i , j , k là các vectơ đơn vị hướng theo các trục O ,
x Oy, Oz .
Khi chất điểm chuyển động, vị trí M thay đổi theo thời gian, các 5
tọa độ x, y, z của M là những hàm theo thời gian t :
x  x(t) 
y  y(t) (1.1)
z  z(t) 
Phương trình (1.1) được gọi là phương trình chuyển động của chất
điểm, xác định vị trí của chất điểm tại thời điểm t .
b. Phương trình quỹ đạo
Quỹ đạo là đường mà chất điểm vạch ra khi chuyển động trong không gian.
Phương trình quỹ đạo là phương trình biểu diễn mối liên hệ giữa
các tọa độ không gian của chất điểm và có dạng: f ( , x y, z)  0
1.1.2. Vectơ vận tốc 1.1.2.1. Khái niệm
Vectơ vận tốc là một đại lượng đặc trưng cho phương, chiều và độ
nhanh, chậm của chuyển động.
1.1.2.2. Định nghĩa
a. Vectơ vận tốc trung bình
Xét một chất điểm chuyển động
so với mốc O. Tại thời điểm t , chất 1
điểm ở vị trí M1 có vectơ tọa độ r ; 1
tại thời điểm t , chất điểm ở vị trí 2
M2 có vectơ tọa độ r . 2
Hình 1.2. Vectơ vận tốc Sau khoảng thời gian t
  t t , vectơ tọa độ thay đổi một lượng là r
  r  r . 2 1 2 1  Khi đó, tỷ r số
được gọi là vectơ vận tốc trung bình của chuyển t
động và được ký hiệu là v . tb 6 r  v  tb t 
Đặc điểm của vectơ vận tốc trung bình v : tb
- Phương, chiều: Trùng với phương và chiều của r , r  - Độ lớn: v  , tb t 
- Ý nghĩa: v cho biết phương, chiều và mức độ nhanh chậm trung tb
bình của chuyển động trong khoảng thời gian t  .
b. Vectơ vận tốc tức thời
Muốn xác định độ nhanh chậm của chuyển động tại từng thời điểm,
ta xét khoảng thời gian chuyển động vô cùng nhỏ, tức là t   0 . Khi đó, r tỷ số
dần tới một giới hạn xác định được gọi là vectơ vận tốc tức thời t
(hay gọi tắt là vận tốc). r  dr Ta có: v  lim  (1.2) t  0 t  dt
Từ biểu thức (1.2), ta thấy: Vectơ vận tốc của chất điểm chuyển
động là đại lượng được xác định bằng đạo hàm của vectơ tọa độ chất điểm theo thời gian.
Đặc điểm của vectơ vận tốc v :
- Điểm đặt: Tại điểm đang xét,
- Phương: Tiếp tuyến với quỹ đạo tại điểm đang xét,
- Chiều: Cùng chiều với chiều chuyển động, dr - Độ lớn: v  . dt
1.1.2.3. Vectơ vận tốc trong hệ tọa độ Descartes
Trong hệ tọa độ Descartes, nếu chọn i , j , k là vectơ đơn vị
hướng theo ba trục O ,
x Oy, Oz , vectơ tọa độ r được xác định: 7
r  xi  yj  zk Khi đó: d dx dy dz v 
xi  yj  zk i  j  k v i v j v k , x y z dt dt dt dt
trong đó: v , v , v là các thành phần vận tốc theo các trục O ,
x Oy, Oz . x y z Về độ lớn: 2 2 2 v 
v  v  v x y z
Trong hệ SI, đơn vị vận tốc là m / s .
1.1.3. Vectơ gia tốc 1.1.3.1. Khái niệm
Gia tốc chuyển động là đại lượng đặc trưng cho sự biến thiên về
phương, chiều và độ lớn của vectơ vận tốc.
1.1.3.2. Định nghĩa
a. Vectơ gia tốc trung bình
Xét một chất điểm chuyển động trên quỹ
đạo cong. Tại thời điểm t , chất điểm ở vị trí 1
M1, chuyển động với vận tốc v ; tại thời điểm 1
t , chất điểm ở vị trí M 2
2, chuyển động với vận
Hình 1.3. Vectơ gia tốc tốc v . 2 Sau khoảng thời gian t
  t t vận tốc biến thiên một lượng 2 1 v v
  v v , khi đó gia tốc trung bình được tính bằng: a  . 2 1 tb t
Ý nghĩa: Gia tốc trung bình đặc trưng cho sự biến thiên trung bình
của vectơ vận tốc trong khoảng thời gian t  .
b. Vectơ gia tốc tức thời v  dv a  lim  t  0 t  dt
Vectơ gia tốc tức thời được xác định bằng đạo hàm bậc nhất của
vectơ vận tốc đối với thời gian. 8
Trong hệ SI, đơn vị của gia tốc là 2 m s .
1.1.3.3. Vectơ gia tốc trong hệ tọa độ Descartes  dv a   d dt   a 
v i v j v k dv dvy dv x z  i  j  k x y z dt dt dt dt
v  v i  v j  v k  x y z dv Đặ dv dv t: x  a ; y  a ; z  a x dt y dt z dt Suy ra:
a  a i  a j  a k , x y z
trong đó: a , a , a là các thành phần gia tốc theo các trục O ,
x Oy, Oz . x y z Về độ lớn: 2 2 2  dv   dv   dv  2 2 2 y x z
a  a  a  a        x y z    dt  dt    dt 
1.1.3.4. Vectơ gia tốc tiếp tuyến và vectơ gia tốc pháp tuyến
Giả sử, ta xét chuyển động của chất điểm trên quỹ đạo cong. Trong
quá trình chuyển động đó, vectơ vận tốc có thể biến thiên về chiều và độ
lớn. Để đặc trưng cho sự biến thiên của vectơ vận tốc riêng về một mặt
nào đó, ta phân tích gia tốc ra hai thành phần, đó là gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến.
a  a  a tp t n Về độ lớn: 2 2
a  a  a tp t n
Hình 1.4. Gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến 9
Bảng 1.1. Gia tốc tiếp tuyến và gia tốc pháp tuyến
Thành phần gia tốc tiếp tuyến a
Thành phần gia tốc pháp tuyến a t n
- Phương: Trùng tiếp tuyến với quỹ - Phương: Vuông góc với tiếp tuyến đạo, của quỹ đạo, - Chiều:
- Chiều: Hướng về phía lõm của quỹ đạo (hướng tâm),
+ a cùng chiều v nếu chất điểm t 2 chuyển động nhanh dần, v - Độ lớn: a  (với R là bán n R
+ a ngược chiều v nếu chất điểm t
kính quỹ đạo cong tại điểm ta đang
chuyển động chậm dần, xét), dv - Độ lớn: a  ,
- Ý nghĩa: Đặc trưng cho sự biến t dt
thiên về phương của vectơ vận tốc
- Ý nghĩa: Đặc trưng cho sự biến (hay còn gọi là gia tốc hướng tâm).
thiên về độ lớn của vectơ vận tốc.
1.2. Động lực học chất điểm
1.2.1. Các định luật Newton
1.2.1.1. Định luật Newton thứ nhất
Chất điểm cô lập: Là chất điểm không tác dụng lên chất điểm khác
và cũng không chịu tác dụng nào từ chất điểm khác.
Định luật Newton thứ nhất phát biểu như sau: Một chất điểm cô lập
nếu đang đứng yên, sẽ tiếp tục đứng yên, nếu đang chuyển động, chuyển
động của nó là thẳng và đều.
Trong cả hai trường hợp, chất điểm đứng yên ( v  0 ) và chuyển
động thẳng đều ( v  const ), đều có vận tốc không đổi. Khi vận tốc của
chất điểm không đổi, ta nói trạng thái chuyển động của nó được bảo toàn.
Như vậy, theo định luật Newton thứ nhất: Một chất điểm cô lập
luôn bảo toàn trạng thái chuyển động của nó.
Tính chất bảo toàn trạng thái chuyển động được gọi là quán tính. Vì
vậy định luật Newton thứ nhất còn được gọi là định luật quán tính. 10
Có thể vận dụng định luật quán tính để giải thích nhiều hiện tượng
thực tế. Ví dụ, đoàn tàu đang đứng yên bỗng chuyển động đột ngột. Khi
đó, hành khách đang đứng yên hoặc ngồi trên tàu sẽ bị ngã người về phía
sau do quán tính. Tương tự, khi đoàn tàu đang chuyển động thẳng đều bị
dừng đột ngột, hành khách sẽ bị ngã người về phía trước.
1.2.1.2. Định luật Newton thứ hai
Xét chất điểm ở trạng thái không cô lập, nghĩa là chịu tác dụng của
những vật khác. Tác dụng từ vật này lên vật khác được đặc trưng bởi
một đại lượng là lực, thường ký hiệu bằng F .
Khi một vật chịu tác dụng đồng thời của nhiều lực F , F ,..., F thì 1 2 n
ta có thể thay tất cả các lực đó bằng một lực tổng hợp:
F  F  F  ...  F 1 2 n
Do đó, khi nói đến lực tác dụng lên một vật, ta hiểu trong trường
hợp tổng quát, đó là lực tổng hợp của các lực.
Lực tác dụng lên một vật làm thay đổi trạng thái chuyển động của
vật. Vì trạng thái của một vật được xác định bởi vận tốc và vị trí của nó,
do đó khi chịu tác dụng của một lực, vận tốc của vật bị biến đổi, tức là
vật thu được gia tốc. Lực tác dụng càng lớn, gia tốc mà vật thu được sẽ
càng lớn. Thí nghiệm chứng tỏ rằng, gia tốc của một vật còn phụ thuộc
vào quán tính của vật. Quán tính của một vật được đặc trưng bởi khối
lượng của vật, ký hiệu là m .
Ba đại lượng là lực, khối lượng và gia tốc liên hệ với nhau theo một
định luật thực nghiệm do Newton nêu ra, gọi là định luật Newton thứ hai
và được phát biểu như sau:
- Chuyển động của một chất điểm chịu tác dụng của lực F là một
chuyển động có gia tốc a .
- Gia tốc chuyển động của một chất điểm tỷ lệ thuận với lực tác
dụng F và tỷ lệ nghịch với khối lượng m của chất điểm ấy, từ đó có thể viết: F a  k , (1.3) m 11