Chào em học sinh thân mến!

Đây là một câu hỏi rất hay và thường gây nhầm lẫn cho nhiều bạn học sinh khi mới bắt đầu tìm hiểu về các định luật Newton. Để giải đáp thắc mắc này, chúng ta cần ôn lại thật kỹ về Định luật III Newton và phân biệt rõ các loại lực tác dụng.

1. Định luật III Newton phát biểu gì?

Định luật III Newton phát biểu rằng: “Khi một vật tác dụng lực lên vật thứ hai, thì vật thứ hai cũng tác dụng trở lại vật thứ nhất một lực có cùng độ lớn, nhưng ngược chiều với lực mà vật thứ nhất tác dụng.”

Điều cốt yếu mà chúng ta cần nhớ ở đây là hai lực trong cặp lực – phản lực của Định luật III Newton luôn tác dụng lên HAI VẬT KHÁC NHAU. Chúng không bao giờ tác dụng lên cùng một vật.

2. Phân tích các lực tác dụng khi vật rơi từ trên cao xuống:

Khi một vật rơi từ trên cao xuống, chúng ta xét hai lực chính tác dụng lên vật đó:

a. Trọng lực (Lực hấp dẫn):

• Đây là lực hút của Trái Đất tác dụng lên vật rơi.
• Chiều: Hướng xuống (về phía tâm Trái Đất).
• Cặp lực – phản lực của trọng lực (theo Định luật III Newton) là: Lực hút của vật rơi tác dụng lên Trái Đất (có cùng độ lớn, nhưng hướng lên).

b. Lực cản của không khí:

• Đây là lực mà không khí tác dụng lên vật rơi.
• Chiều: Hướng lên (ngược chiều chuyển động của vật).
• Cặp lực – phản lực của lực cản không khí (theo Định luật III Newton) là: Lực mà vật rơi tác dụng lên không khí (có cùng độ lớn, nhưng hướng xuống).

3. Tại sao trọng lực và lực cản không khử lẫn nhau theo Định luật III Newton?

Lý do rất đơn giản:

Trọng lực và lực cản của không khí KHÔNG PHẢI LÀ CẶP LỰC – PHẢN LỰC của Định luật III Newton.

• Trọng lực là lực giữa Trái Đất và vật.
• Lực cản là lực giữa không khí và vật.

Cả hai lực này (trọng lực và lực cản) đều tác dụng lên CÙNG MỘT VẬT (là vật đang rơi). Định luật III Newton chỉ áp dụng cho các lực tác dụng lên HAI VẬT KHÁC NHAU.

4. Vậy điều gì xảy ra với hai lực này?

Để xét chuyển động của vật, chúng ta phải dùng Định luật II Newton: Tổng hợp tất cả các lực tác dụng lên CÙNG MỘT VẬT.

Khi vật rơi từ trên cao xuống:

• Ban đầu, vận tốc của vật còn nhỏ, lực cản của không khí \(F_{c}\) cũng nhỏ (thường tỷ lệ với vận tốc hoặc bình phương vận tốc của vật).
• Trọng lực \(P = mg\) là không đổi (nếu vật rơi ở độ cao không quá lớn).
• Lúc này, trọng lực lớn hơn lực cản (\(P > F_c\)). Hợp lực tác dụng lên vật sẽ hướng xuống và có độ lớn là \(F_{net} = P – F_c\).
• Theo Định luật II Newton \((F_{net} = ma)\), vật sẽ có gia tốc \(a\) hướng xuống và tiếp tục tăng tốc độ.
• Khi vận tốc của vật tăng lên, lực cản của không khí (\(F_c\)) cũng sẽ tăng theo.
• Sẽ đến một lúc nào đó, khi vận tốc của vật đủ lớn, lực cản của không khí sẽ cân bằng với trọng lực (\(F_c = P\)).
• Tại thời điểm này, hợp lực tác dụng lên vật bằng 0 (\(F_{net} = 0\)). Khi đó, gia tốc của vật cũng bằng 0 (\(a = 0\)).
• Vật sẽ không còn tăng tốc nữa mà chuyển động với vận tốc không đổi, gọi là vận tốc giới hạn (terminal velocity). Lúc này, ta nói hai lực đã cân bằng nhau, chứ không phải là chúng “khử” nhau theo ý nghĩa của Định luật III Newton.

Tóm lại:

Trọng lực và lực cản không khí không khử lẫn nhau theo Định luật III Newton bởi vì chúng cùng tác dụng lên một vật. Định luật III Newton mô tả cặp lực – phản lực giữa hai vật khác nhau. Khi hai lực này (trọng lực và lực cản) tác dụng lên cùng một vật và có độ lớn bằng nhau, chúng sẽ cân bằng nhau, dẫn đến hợp lực bằng 0 và vật chuyển động đều (hoặc đứng yên).

Mong rằng phần giải thích này đã giúp em hiểu rõ hơn về vấn đề này. Hãy luôn đặt câu hỏi để làm sáng tỏ các kiến thức nhé!