Lời tựa

Nói đến sự phát triển của Vật lý cơ học, chúng ta không thể quên hai nhà Bác học nổi tiếng, những người đặt nền móng cho sự nghiệp phát triển của khoa học nói chung và khoa học Vật lý nói riêng. Người thứ nhất là Archimedes (khoảng 287 đến 212 trước công nguyên), là một nhà Toán học, nhà Vật lý, Kỹ sư, nhà phát minh và một nhà Thiên văn học người Hy lạp. Chính Archimedes đã phát minh ra lực đẩy nổi Ac-si-mét, và ông cũng đã rất ấn tượng với câu nói về đòn bẩy: “Hãy cho tôi một điểm tựa, và tôi sẽ nhấc bổng được cả Trái đất”; Người thứ hai là Isaac Newton, là một nhà Vật lý, nhà Triết học, nhà Toán học, nhà Thần học và nhà Giả kim học người Anh. Theo lịch Julius ông sinh ngày 25/12/1642 và mất ngày 20/3/1727. Luận thuyết của ông về “Các nguyên lý Toán học của Triết lý về Tự nhiên” xuất bản năm 1687, đã mô tả về vạn vật hấp dẫn và 3 định luật Newton, được coi là nền tảng của cơ học cổ điển, đã chi phối các quan niệm về khoa học Vật lý trong suốt ba thế kỷ 18, 19 và 20. Isaac Newton cho rằng sự chuyển động của các vật thể trên mặt đất và các vật thể trong bầu trời bị chi phối bởi các định luật tự nhiên giống nhau.
Có thể nói trong suốt ba thế kỷ đã qua, cơ học cổ điển đã không có bước phát triển mới. Phải chăng điều đó là do lĩnh vực vật lý cơ học cổ điển không còn vấn đề để tiếp tục nghiên cứu nữa? Tôi đã nghĩ nhiều về câu hỏi này, và đã tìm ra hướng nghiên cứu mới, đó là trạng thái tồn tại của vật thể trong quá trình chuyển động. Nếu như vật thể tồn tại ở trạng thái tĩnh, trong nước phải chịu một lực đẩy nổi, và vật thể tồn tại ở trạng thái tĩnh, trên Trái Đất phải chịu một lực hút của trọng trường, thì vật thể ở trong quá trình chuyển động phải chịu những lực tác động nào? Đây chính là một vấn đề nghiên cứu mới của cơ học cổ điển , và kết quả nghiên cứu thật đáng ngạc nhiên.
Tác giả xin trân trọng giới thiệu bài viết thể hiện kết quả nghiên cứu khoa học thuộc lĩnh vực cơ học cổ điển với các nhà khoa học Việt Nam và các bạn đọc quan tâm.
Xin trân trọng cảm ơn.
Xét một chất điểm trong hệ qui chiếu quán tính, có khối lượng m, chịu tác dụng của một ngoại lực F (nhằm thúc đẩy sự chuyển động của vật thể).
Trường hợp 1: nếu chất điểm không chuyển động (do ngoại lực không thắng được lực cản trở chuyển động là lực ma sát nghỉ cực đại) thì ngoại lực F luôn tồn tại. Có nghĩa là chất điểm luôn phải chịu tác động của ngoại lực, và lực này cân bằng với lực cản trở chuyển động.
Trường hợp 2: nếu chất điểm chuyển động với gia tốc a không đổi (giả sử lực cản trở chuyển động không thay đổi trong quá trình chất điểm chuyển động), thì trạng thái của chất điểm chỉ còn chịu tác dụng của phần dư ngoại lực (Fc). Phần dư ngoại lực này tính như sau:
Fc = F - m.a
Ta có thể thấy như sau: phần dư ngoại lực tác động lên chất điểm trong quá trình chất điểm chuyển động chính là phản lực của lực cản trở chuyển động của chất điểm.
Dạng chuyển động đặc biệt 1: khi không có bất cứ lực cản trở chuyển động nào thì phần dư ngoại lực bằng không. Ứng với trường hợp này ta có: F = m.a. Trong trường hợp này, chất điểm chuyển động thẳng biến đổi đều hoặc chuyển động tròn đều và nó không chịu bất cứ ngoại lực tác dụng nào.
Dạng chuyển động đặc biệt 2: Trên thực tế thì khi tốc độ chuyển động của chất điểm tăng lên thì lực cản trở chuyển động cũng tăng lên (do lực cản của không khí tỉ lệ thuận với bình phương vận tốc chuyển động). Vì vậy sẽ tới một thời điểm mà tại đó phần dư ngoại lực chính bằng lực tác dụng lên chất điểm, và từ đó chất điểm chuyển động thẳng đều. Ứng với trường hợp này ta có: Fc = F. Trong trường hợp này, chất điểm chịu tác động của hai lực cân bằng nhau là lực thúc đẩy chuyển động và lực cản trở chuyển động.
Ta có thể phát biểu như sau:
Dưới tác động của ngoại lực F, chất điểm có khối lượng m chuyển động với gia tốc a. Giả sử không có bất cứ lực cản trở chuyển động nào, thì trong quá trình chuyển động với gia tốc a, trạng thái của chất điểm không còn chịu sự tác động của ngoại lực F nữa.
Kết luận: Giả sử ta bỏ qua lực cản của không khí, thì chất điểm rơi xuống Trái Đất với gia tốc rơi g (gia tốc trọng trường) và chất điểm chuyển động vòng tròn quanh Trái Đất với gia tốc hướng tâm g sẽ có cùng trạng thái không trọng lượng. Đó là trạng thái không còn chịu sự tác động của lực trọng trường nữa.
Ta có thể hiểu công thức: F = m.a là một công thức biểu hiện sự “trao đổi” (ngôn ngữ trong thương mại gọi là mua hoặc bán). Có nghĩa là: nếu như vật chuyển động với gia tốc a thì nó không còn chịu tác động của ngoại lực F nữa. Điều này giống như việc một người đem 9 triệu 500 nghìn đồng đi mua 2 chỉ vàng, sau khi mua thì anh ta có 2 chỉ vàng nhưng không còn 9 triệu 500 nghìn đồng nữa.
Liên hệ thực tế:
Dạng chuyển động đặc biệt 1: Một vật rơi tự do xuống Trái Đất, hay một vật chuyển động vòng quanh Trái Đất với gia tốc hướng tâm bằng gia tốc trọng trường (nếu bỏ qua sức cản của không khí), có dạng chuyển động đặc biệt 1. Đây là trường hợp Lực hút của trọng lực đã trao đổi thành một đại lượng vật lý bằng tích của khối lượng và gia tốc chuyển động: F = m.a
Dạng chuyển động đặc biệt 2: Ta có thể coi như một chiếc xe máy hay ô tô chuyển động với tốc độ đều trên đoạn đường thẳng, có dạng chuyển động đặc biệt 2. Đây là trường hợp lực đẩy cho xe máy chuyển động cân bằng với lực cản trở chuyển động.
Hanoi, 09th September, 2011
Author

Kim Hai
Mobile: 01216710446
E-mail: hai_216@yahoo.com

[b]

Cảm ơn anh Hải đã chia sẻ những nghiên cứu về lĩnh vực cơ học cổ điển.
Rất mong tiếp tục nhận được những nghiên cứu mới của anh.