LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 10·10 / 2026

DL · 0430 phút

Thứ nguyên và kiểm tra công thức

Không cộng mét với giây

Cần học trướcDL · 03 · Đơn vị SI, tiền tố và đổi đơn vị

Mục tiêu

  • Viết được thứ nguyên của các đại lượng cơ học theo LL (độ dài), MM (khối lượng), TT (thời gian).
  • Kiểm tra một công thức có đồng nhất về thứ nguyên hay không.
  • Dùng thứ nguyên để suy ra đơn vị của hằng số hoặc dạng của công thức.

Khởi động

Bạn An nhớ công thức v=v0+at2v = v_0 + at^2 còn bạn Bình nhớ v=v0+atv = v_0 + at. Không cần tra sách và không cần làm thí nghiệm, có cách nào biết ngay một công thức chắc chắn sai? Có: nhìn xem hai vế có "cùng loại" không. Không ai cộng được 5 m5\ \text{m} với 3 s3\ \text{s}.

LMTM·L·T⁻²= lực (N)

01Kiến thức cần nhớ

1. Thứ nguyên là gì?

Thứ nguyên của một đại lượng cho biết nó được tạo từ các đại lượng cơ bản nào. Trong cơ học dùng ba kí hiệu: LL (độ dài), MM (khối lượng), TT (thời gian). Thứ nguyên của đại lượng XX viết là [X][X].

Đại lượngCông thứcThứ nguyênĐơn vị SI
Vận tốc vvs/ts/tL T−1L\,T^{-1}m/s
Gia tốc aav/tv/tL T−2L\,T^{-2}m/s2\text{m/s}^2
Lực FFmamaM L T−2M\,L\,T^{-2}N
Công, năng lượng EEF⋅sF\cdot sM L2 T−2M\,L^{2}\,T^{-2}J
Công suất PPE/tE/tM L2 T−3M\,L^{2}\,T^{-3}W
Áp suất ppF/SF/SM L−1 T−2M\,L^{-1}\,T^{-2}Pa
Khối lượng riêng ρ\rhom/Vm/VM L−3M\,L^{-3}kg/m3\text{kg/m}^3

2. Hai quy tắc

Tương tácBộ kiểm công thức
Đồng nhất về thứ nguyên (chưa chắc đúng hệ số)

Chọn công thức: mỗi số hạng hiện thứ nguyên theo L, M, T. Số hạng lệch được tô vàng. Với “s = ½at^k”, kéo k để tìm giá trị làm công thức đồng nhất.

3. Vai trò: kiểm tra và suy ra

  • Kiểm tra: nếu thứ nguyên hai vế khác nhau, công thức chắc chắn sai. (Điều ngược lại không đúng: đồng nhất vẫn có thể sai hệ số, như thiếu 12\tfrac12.)
  • Suy ra đơn vị của hằng số: từ F=Gm1m2r2F = G\dfrac{m_1m_2}{r^2} suy ra [G]=[F][r]2[m]2=M L T−2⋅L2⋅M−2=L3M−1T−2[G] = \dfrac{[F][r]^2}{[m]^2} = M\,L\,T^{-2}\cdot L^{2}\cdot M^{-2} = L^{3}M^{-1}T^{-2}.
  • Đoán dạng công thức: chu kì con lắc đơn TT phụ thuộc ll và gg theo T=k lxgyT = k\,l^{x}g^{y} với kk không thứ nguyên. Cân bằng thứ nguyên ([g]=L T−2[g] = L\,T^{-2}):

T1=Lx (L T−2)y=Lx+y T−2y ⇒ x+y=0, −2y=1 ⇒ y=−12, x=12,T^{1} = L^{x}\,(L\,T^{-2})^{y} = L^{x+y}\,T^{-2y} \ \Rightarrow\ x + y = 0,\ -2y = 1 \ \Rightarrow\ y = -\tfrac12,\ x = \tfrac12,

tức T=kl/gT = k\sqrt{l/g}, đúng dạng của T=2πl/gT = 2\pi\sqrt{l/g} (thứ nguyên không cho biết k=2πk = 2\pi).

Tương tácTìm số mũ của con lắc đơn
l = 0,8 m
Chưa khớp: L hoặc T còn lệch
Đổi l: k thay đổi theo l, vậy các số mũ chưa đúng.

Chu kì T = k·l^x·g^y. Chỉnh x và y cho tới khi thứ nguyên khớp với T; khi đó đổi độ dài l, hệ số k không đổi (và bằng 2π).

02Tóm tắt

ÝNội dung
Kí hiệu[v]=LT−1[v] = LT^{-1}, [a]=LT−2[a] = LT^{-2}, [F]=MLT−2[F] = MLT^{-2}
Quy tắcCộng trừ so sánh cùng thứ nguyên; nhân chia thì cộng trừ số mũ
Dùng đểLoại công thức sai, tìm đơn vị hằng số, đoán dạng
Giới hạnKhông xác định được hệ số thuần tuý

03Mở rộng

Phương pháp "phân tích thứ nguyên" đoán được nhiều kết quả phức tạp mà không giải phương trình. Ví dụ, thời gian rơi của giọt chất lỏng hay bán kính vụ nổ phụ thuộc năng lượng, mật độ, thời gian theo luỹ thừa suy ra từ thứ nguyên, kết quả được dùng để ước lượng năng lượng vụ nổ từ ảnh chụp.

Tiếp theoPhương pháp →