Định luật I Newton và quán tính

Đẩy một hòn bi trên mặt bàn nhám, nó dừng nhanh; trên mặt kính nó đi xa hơn; trên đệm khí còn xa hơn nữa. Càng giảm ma sát, vật càng đi lâu và vận tốc càng ít đổi. Từ đó Galilê đi đến kết luận: nếu khử hết ma sát thì vật cứ giữ nguyên vận tốc mãi. Vật dừng lại trong đời sống là vì có lực cản (ma sát) tác dụng lên nó, chứ không phải vì thiếu lực đẩy.

Nói gọn: $\sum \vec F = \vec 0 \ \Rightarrow\ \vec v = \text{không đổi}$.

Chú ý hai điều thường bị bỏ qua:

• Định luật nói về hợp lực. Một vật chuyển động thẳng đều có thể chịu nhiều lực, miễn là chúng cân bằng nhau. Ô tô chạy đều trên đường thẳng vẫn chịu lực kéo của động cơ, nhưng lực này cân bằng với lực cản.
• Định luật ngược chiều: nếu vận tốc đổi (đổi độ lớn hoặc đổi hướng) thì chắc chắn có hợp lực khác không.

Quán tính là tính chất của mọi vật: có xu hướng giữ nguyên vận tốc (đứng yên hoặc thẳng đều) khi không chịu lực hoặc các lực cân bằng. Vì vậy định luật I còn gọi là định luật quán tính. Mọi vật đều có quán tính, "quán tính" không phải một lực.

Cùng một lực tác dụng, vật nào khó thay đổi vận tốc hơn thì có quán tính lớn hơn. Đại lượng đo mức quán tính chính là khối lượng $m$ (đơn vị $\text{kg}$): khối lượng càng lớn, quán tính càng lớn. Hãy so một quả bóng bàn và một quả bóng bowling: đẩy cùng một lực, quả nào lăn nhanh lên dễ hơn, và dừng lại cũng dễ hơn?

Hiện tượng xe phanh gấp: lực hãm đặt vào xe (qua bánh xe), còn người trên xe chỉ bị kéo theo nhờ ma sát ở chân hoặc lực của tay vịn. Nếu những lực đó không đủ, phần người chưa bị hãm vẫn giữ vận tốc cũ nên trôi tiếp về phía trước so với xe. Xe tăng tốc đột ngột thì ngược lại: người ngả ra sau.

• Định luật I: hợp lực bằng $0$ thì vật đứng yên hoặc chuyển động thẳng đều; vận tốc đổi thì hợp lực khác $0$.
• Quán tính là xu hướng giữ nguyên vận tốc; khối lượng $m$ đo mức quán tính.
• Chuyển động không cần lực duy trì; lực cản mới làm vật dừng.
• Giải thích bằng quán tính: xác định lực tác dụng lên phần nào, phần còn lại giữ vận tốc cũ.