Định luật III Newton: Công thức, Ví dụ và Bài tập Chi tiết

Định luật III Newton (hay định luật tác dụng và phản tác dụng) là một trong ba định luật cơ bản của cơ học cổ điển, giải thích mối quan hệ giữa lực tác dụng và phản lực trong mọi tương tác vật lý. Bài viết này cung cấp công thức đầy đủ, ví dụ minh họa và bài tập áp dụng giúp học sinh lớp 10 nắm vững kiến thức.

Khái niệm Định luật III Newton

Trong mọi trường hợp, khi vật A tác dụng lên vật B một lực, thì vật B cũng tác dụng trả lại vật A một lực. Hai lực này có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều.

Đây là nguyên lý cơ bản nhất trong tương tác giữa các vật thể. Ví dụ: khi bạn đẩy tường, tường cũng đẩy lại bạn với lực có độ lớn bằng nhau nhưng ngược chiều.

Công thức Định luật III Newton

Biểu diễn vector lực tác dụng và phản lực trong định luật III Newton

Trong hai lực ta gọi một lực là lực tác dụng còn lực kia gọi là phản lực.

Công thức toán học định luật III Newton

Ý nghĩa công thức:

• F₁₂: Lực vật 1 tác dụng lên vật 2
• F₂₁: Lực vật 2 tác dụng lên vật 1 (phản lực)
• Dấu trừ thể hiện hai lực ngược chiều

Đặc điểm của Lực và Phản lực

Lực và phản lực luôn xuất hiện (hoặc mất đi) đồng thời

Không thể có lực tác dụng mà không có phản lực. Chúng là một cặp không thể tách rời.

Lực và phản lực có cùng giá, cùng độ lớn, nhưng ngược chiều

Hai lực có đặc điểm như vậy gọi là hai lực trực đối.

Ví dụ về cặp lực tác dụng và phản lực khi đi bộ

Lực và phản lực không cân bằng nhau

Mặc dù có cùng độ lớn và ngược chiều, chúng không cân bằng vì đặt vào hai vật khác nhau. Điều này khác với khái niệm hai lực cân bằng (đặt vào cùng một vật).

Lực tác dụng thuộc loại gì thì phản lực cũng thuộc loại đó

Nếu lực tác dụng là lực hấp dẫn thì phản lực cũng là lực hấp dẫn. Nếu lực tác dụng là lực đàn hồi thì phản lực cũng là lực đàn hồi.

Ứng dụng Thực tế của Định luật III Newton

Phân tích lực khi đi bộ: chân đạp đất, đất đẩy chân về phía trước

Khi ta muốn bước chân phải về phía trước thì chân trái phải đạp vào mặt đất một lực hướng về phía sau. Ngược lại, đất cũng đẩy lại chân ta một phản lực hướng về phía trước như hình vẽ trên.

Các ví dụ khác:

• Tên lửa phóng khí ra phía sau với lực lớn, khí đẩy tên lửa về phía trước
• Chèo thuyền: mái chèo đẩy nước về phía sau, nước đẩy thuyền tiến về phía trước
• Súng giật lùi khi bắn: đạn bay ra phía trước, súng giật về phía sau

Nội lực và Ngoại lực

Phân biệt nội lực và ngoại lựcSơ đồ minh họa nội lực và ngoại lực trong hệ hai vật

Chú ý quan trọng: Khi xét tương tác giữa hai vật thì hai vật đó tạo thành một hệ. Lực tương tác giữa hai vật được gọi là nội lực. Các lực khác tác dụng lên hai vật gọi là các ngoại lực.

Điều này rất quan trọng khi áp dụng định luật bảo toàn động lượng: nội lực không làm thay đổi động lượng tổng của hệ, chỉ có ngoại lực mới làm thay đổi.

Ví dụ Minh họa Chi tiết

Ví dụ 1: Va chạm giữa hai viên bi

Đề bài: Cho viên bi A chuyển động tới va chạm vào bi B đang đứng yên, vₐ = 4m/s. Sau va chạm bi A tiếp tục chuyển động theo phương cũ với v = 3m/s, thời gian xảy ra va chạm là 0,4s. Tính gia tốc của 2 viên bi? Biết mₐ = 200g, m_B = 100g.

Lời giải:

Ta có:

• Gia tốc bi A: aₐ = (v – vₐ)/Δt = (3 – 4)/0,4 = -2,5 m/s² (xem thêm công thức tính gia tốc)

Theo định luật III Newton:

Áp dụng định luật II Newton cho từng viên bi:

• F_AB = mₐ × aₐ = 0,2 × (-2,5) = -0,5 N
• F_BA = m_B × a_B

Từ định luật III Newton: F_AB = -F_BA ⇒ a_B = -F_AB/m_B = 0,5/0,1 = 5 m/s²

Kết luận: Bi A có gia tốc -2,5 m/s² (chậm dần), bi B có gia tốc 5 m/s² (nhanh dần).

Ví dụ 2: Hai vật va chạm trên đường thẳng

Đề bài: Cho hai vật chuyển động trên cùng một đường thẳng bỏ qua ma sát đến va chạm vào nhau với vận tốc lần lượt là 1m/s; 0,5m/s. Sau va chạm cả hai bị bật ngược trở lại với vận tốc là 0,5m/s; 1,5m/s. Biết vật một có khối lượng 1kg. Xác định khối lượng quả cầu hai?

Lời giải:

Chọn chiều dương là chiều chuyển động của vật một lúc sắp va chạm.

Áp dụng công thức:

Đối với vật một:

Đối với vật hai:

Hai vật va chạm nhau. Theo định luật III Newton ta có:

F₁₂ = -F₂₁ ⇒ m₂a₂ = -m₁a₁

⇔ m₂ × = -m₁ ×

⇒ m₂ = 0,75kg

Kết luận: Khối lượng vật hai là 0,75 kg.

Bài tập Tự luyện

Bài 1: Trên mặt nằm ngang không ma sát, xe một chuyển động với độ lớn vận tốc 5 m/s đến va chạm vào xe hai đang đứng yên. Sau va chạm, bật lại với tốc độ 150 cm/s, xe hai chuyển động với độ lớn vận tốc 200 cm/s. Biết khối lượng xe hai là 400 g. Tính khối lượng xe một.

Bài 2: Hai quả cầu chuyển động trên mặt phẳng nằm ngang, quả cầu 1 chuyển động với vận tốc 4 m/s đến va chạm vào quả cầu thứ hai đang đứng yên. Sau va chạm cả hai quả cầu chuyển động theo hướng cũ của quả cầu 1 với cùng vận tốc 2 m/s. Tìm tỉ số khối lượng m₁/m₂?

Bài 3: Quả bóng khối lượng 200 g bay với vận tốc 90 km/h đến đập vuông góc vào một bức tường rồi bật trở lại theo phương cũ với vận tốc 54 km/h. Thời gian va chạm là 0,05 s. Tính lực tường tác dụng lên bóng?

Bài 4: Quả bóng khối lượng 2 kg bay với vận tốc 72 km/h đến đập vào tường và bật trở lại với độ lớn không đổi. Biết va chạm của bóng với tường theo định luật phản xạ gương, và bóng đến đập vào tường dưới góc tới 30°. Thời gian va chạm là 0,05 s. Tính lực do tường tác dụng lên bóng?

Bài 5: Xe A chuyển động với vận tốc 3,6 km/h đến đạp vào xe B đang đứng yên. Sau va chạm xe A đổi ngược lại với vận tốc 0,1 m/s, còn xe B chạy tới với vận tốc 0,55 m/s. Biết m_B = 200g, tìm mₐ?

Bài 6: Hai quả bóng ép sát vào nhau trên mặt phẳng ngang. Khi buông tay, hai quả bóng lăn được những quãng đường 9 m và 4 m rồi dừng lại. Biết sau khi rời nhau, hai quả bóng chuyển động chậm dần đều với gia tốc không đổi. Tính tỉ số khối lượng của hai quả bóng?

Bài 7: Hai xe lăn đặt nằm ngang, đầu xe A có gắn một lò xo nhẹ. Đặt hai xe sát nhau để lò xo bị nén rồi buông ra. Sau đó hai xe chuyển động, đi được những quãng đường s₁ = 1m; s₂ = 2m trong cùng một khoảng thời gian. Bỏ qua ma sát. Tính tỉ số khối lượng của hai xe?

Bài 8: Một quả bóng khối lượng m = 100 g được thả rơi tự do từ độ cao h = 0,8 m. Khi đập vào sàn nhà bóng thì nảy lên đúng độ cao h. Thời gian va chạm là Δt = 0,5s. Xác định lực trung bình do sàn tác dụng lên bóng?

Bài 9: Một lực không đổi tác dụng vào một vật có khối lượng 5,0 kg làm vận tốc của nó tăng dần từ 2,0 m/s đến 8,0 m/s trong 3,0 s. Hỏi lực tác dụng vào vật là bao nhiêu?

Bài 10: Một máy bay phản lực có khối lượng 50 tấn, khi hạ cánh chuyển động chậm dần đều với gia tốc 0,5m/s². Độ lớn của lực hãm là bao nhiêu?

Mẹo Ghi nhớ Định luật III Newton

Mẹo từ thầy giáo: Nhớ câu “Đẩy tường, tường đẩy lại” – lực và phản lực luôn đi đôi, cùng độ lớn nhưng ngược chiều, đặt vào hai vật khác nhau.

Các điểm cần nhớ:

• Lực và phản lực LUÔN xuất hiện/mất đi đồng thời
• Chúng có cùng độ lớn, ngược chiều, cùng giá
• Đặt vào HAI VẬT KHÁC NHAU (không cân bằng)
• Cùng bản chất (hấp dẫn, đàn hồi, ma sát…)

Định luật III Newton là nền tảng để hiểu các hiện tượng vật lý từ đơn giản (đi bộ, chèo thuyền) đến phức tạp (phóng tên lửa, va chạm). Nắm vững công thức và đặc điểm của lực-phản lực sẽ giúp bạn giải quyết mọi bài toán cơ học cơ bản.

Ngày cập nhật mới nhất 14/03/2026 by Chef Kim