قوانين نيوتن: تمارين معلقة ومحللة

في قوانين نيوتن تتألف من ثلاثة قوانين للميكانيكا الكلاسيكية: قانون القصور الذاتي ، والقانون الأساسي للديناميكيات ، وقانون الفعل ورد الفعل.

اختبر معلوماتك مع 8 أسئلة أدناه ولا تفوت فرصة توضيح شكوكك باتباع القرارات بعد التعليقات.

السؤال رقم 1

اربط قوانين نيوتن الثلاثة ببيانات كل منها.

1. قانون نيوتن الأول
2. قانون نيوتن الثاني
3. قانون نيوتن الثالث

تحدد أن القوة الكلية تساوي حاصل ضرب الكتلة وتسارع الجسم.

ينص على أنه لكل فعل رد فعل بنفس الشدة ونفس الاتجاه والاتجاه المعاكس.

يشير إلى أن الجسم يميل إلى البقاء في حالته من الراحة أو في حركة مستقيمة منتظمة ، ما لم تؤثر عليه قوة ناتجة.

انظر للاجابة

الإجابة الصحيحة: (2)؛ (3) و (1).

قانون القصور الذاتي (قانون نيوتن الأول): يشير إلى أن الجسم يميل إلى البقاء في حالة الراحة أو الحركة المستقيمة المنتظمة ، ما لم تبدأ القوة الناتجة في التأثير عليه.

القانون الأساسي للديناميات (قانون نيوتن الثاني): يحدد أن القوة الناتجة تساوي حاصل ضرب الكتلة وتسارع الجسم.

قانون العمل ورد الفعل (قانون نيوتن الثالث): ينص على أن لكل فعل رد فعل بنفس الشدة ونفس الاتجاه والاتجاه المعاكس.

السؤال 2

(UFRGS - 2017) تم تطبيق قوة مقدارها 20 نيوتن على جسم كتلته م. يتحرك الجسم في خط مستقيم بسرعة تزيد بمقدار 10 م / ث كل ثانيتين. ما قيمة الكتلة م بالكيلوجرام؟

أ) 5.
ب) 4.
ج) 3.
د) 2.
ه) 1.

انظر للاجابة

البديل الصحيح: ب) 4.

لإيجاد قيمة الكتلة ، دعنا نطبق قانون نيوتن الثاني. لذلك ، نحتاج أولاً إلى حساب قيمة العجلة.

بما أن التسارع يساوي قيمة تغير السرعة مقسومة على الفاصل الزمني ، فلدينا:

استبدال القيم التي تم العثور عليها:

إذن ، كتلة الجسم 4 كجم.

السؤال 3

(UERJ - 2013) كتلة خشبية متوازنة على مستوى مائل 45 درجة بالنسبة للأرض. شدة القوة التي تمارسها الكتلة بشكل عمودي على المستوى المائل تساوي 2.0 نيوتن.

بين الكتلة والمستوى المائل ، شدة قوة الاحتكاك ، بوحدة نيوتن ، تساوي:

أ) 0.7
ب) 1.0
ج) 1.4
د) 2.0

انظر للاجابة

البديل الصحيح: د) 2.0.

في الرسم البياني أدناه نمثل الموقف المقترح في المشكلة والقوى التي تعمل في الكتلة:

نظرًا لأن الكتلة في حالة توازن على المستوى المائل ، فإن القوة الكلية على كل من المحور x والمحور y تساوي صفرًا.

وبالتالي ، لدينا التكافؤات التالية:

F_احتكاك = P. 45 سين
N = P. كوس 45

إذا كان N يساوي 2 N و sin 45 ° يساوي cos 45 ° ، إذن:

F_احتكاك = N = 2 نيوتن

لذلك ، بين الكتلة والمستوى المائل ، شدة قوة الاحتكاك تساوي 2.0 نيوتن.

نرى أيضا:

مستوى مائل

قوة الاحتكاك

السؤال 4

(UFRGS - 2018) شد الحبل هو نشاط رياضي يقوم فيه فريقان ، A و B ، بسحب الحبل من الطرفين المتقابلين ، كما هو موضح في الشكل أدناه.

افترض أن الحبل قد جذب بواسطة الفريق أ بقوة أفقية مقدارها 780 نيوتن وبواسطة الفريق ب بقوة أفقية من المقياس 720 نيوتن. في لحظة معينة ، ينكسر الحبل. تحقق من البديل الذي يملأ الفراغات بشكل صحيح في البيان أدناه ، بالترتيب الذي تظهر به.

القوة الكلية المؤثرة على الخيط ، في اللحظة التي تسبق الكسر مباشرة ، لها معامل 60 نيوتن ويشير إلى ________. وحدات تسارع الفريقين A و B ، فور كسر الحبل مباشرة ، هي ، على التوالي ، ________ ، بافتراض أن كل فريق لديه كتلة 300 كجم.

أ) اليسار - 2.5 م / ث² و 2.5 م / ث²
ب) اليسار - 2.6 م / ث² و 2.4 م / ث²
ج) اليسار - 2.4 م / ث² و 2.6 م / ث²
د) يمين - 2.6 م / ث² و 2.4 م / ث²
ه) الحق - 2.4 م / ث² و 2.6 م / ث²

انظر للاجابة

البديل الصحيح: ب) اليسار - 2.6 م / ث² و 2.4 م / ث².

تشير القوة الناتجة إلى اتجاه القوة الأكبر ، والتي في هذه الحالة هي القوة التي يبذلها الفريق A. لذلك ، فإن اتجاهها إلى اليسار.

في اللحظة التي تلي قطع الخيط مباشرة ، يمكننا حساب مقدار التسارع المكتسب من قبل كل فريق من خلال قانون نيوتن الثاني. اذا لدينا:

لذلك ، فإن النص مع ملء الفراغات بشكل صحيح هو:

القوة الناتجة على الحبل ، في اللحظة التي تسبق الكسر مباشرة ، لها معامل 60 نيوتن وتشير إلى غادر. وحدات تسارع الفريقين A و B ، في اللحظة التي تلي كسر الحبل مباشرة ، هي ، على التوالي ، 2.6 م / ث² و 2.4 م / ث²، بافتراض أن كل فريق لديه كتلة 300 كجم.

نرى أيضا: قوانين نيوتن

السؤال 5

(Enem - 2017) في حالة الاصطدام الأمامي بين سيارتين ، فإن القوة التي يمارسها حزام الأمان على صدر السائق وبطنه يمكن أن تسبب أضرارًا جسيمة للأعضاء الداخلية. مع مراعاة سلامة منتجها ، أجرى مصنع سيارات اختبارات على خمسة موديلات مختلفة من الأحزمة تحاكي الاختبارات تصادمًا مدته 0.30 ثانية ، وتم تجهيز الدمى التي تمثل الركاب بمقاييس تسارع. يسجل هذا الجهاز معامل تباطؤ الدمية كدالة للوقت. كانت المعلمات مثل كتلة الدمية وأبعاد الحزام والسرعة مباشرة قبل التأثير وبعده هي نفسها لجميع الاختبارات. النتيجة النهائية التي تم الحصول عليها هي في الرسم البياني للتسارع بمرور الوقت.

ما طراز الحزام الذي يوفر أقل مخاطر إصابة داخلية للسائق؟

إلى 1
ب) 2
ج) 3
د) 4
هـ) 5

انظر للاجابة

البديل الصحيح: ب) 2.

تخبرنا المشكلة أن القوة التي يمارسها حزام الأمان يمكن أن تسبب إصابات خطيرة في حوادث الاصطدام من الأمام.

لذلك ، نحتاج إلى تحديد ، من بين النماذج المقدمة وفي ظل نفس الظروف ، النموذج الذي سيؤثر بقوة أقل على الراكب.

وفقًا لقانون نيوتن الثاني ، لدينا أن القوة الناتجة تساوي حاصل ضرب الكتلة والتسارع:

F_ر = م. ال

نظرًا لإجراء التجربة باستخدام دمى من نفس الكتلة ، ستحدث أقل قوة ناتجة على الراكب عندما يكون الحد الأقصى للتسارع أصغر أيضًا.

من خلال مراقبة الرسم البياني ، نحدد أن هذا الموقف سيحدث في الحزام 2.

نرى أيضا: قانون نيوتن الثاني

السؤال 6

(PUC / SP - 2018) جسم مكعب ، ضخم ومتجانس ، كتلته 1500 جم ، في حالة سكون على سطح مستو وأفقي. معامل الاحتكاك الساكن بين الجسم والسطح يساوي 0.40. قوة F، أفقيًا على السطح ، على مركز كتلة ذلك الجسم.

أي رسم بياني يمثل شدة قوة الاحتكاك الساكن F بشكل أفضل_احتكاك كدالة لشدة F للقوة المطبقة؟ ضع في اعتبارك القوات المشاركة في وحدات SI.

انظر للاجابة

البديل الصحيح: ج.

في الحالة التي تقترحها المشكلة ، يكون الجسم في حالة راحة ، لذا فإن تسارعه يساوي 0. النظر في قانون نيوتن الثاني (ف_ر = م. أ) ، فإن صافي القوة سوف يساوي صفرًا أيضًا.

كما هو موضح في المشكلة ، هناك قوة F وقوة احتكاك تعمل على الجسم. بالإضافة إلى ذلك ، لدينا أيضًا تأثير قوة الوزن والقوة الطبيعية.

في الشكل أدناه ، نقدم مخطط هذه القوى:

على المحور الأفقي ، بينما يظل الجسم في حالة راحة ، لدينا الوضع التالي:

F_ر = F - F._احتكاك = 0 ⇒ F = F._احتكاك

سيكون هذا الشرط صحيحًا حتى تصل قيمة القوة F إلى شدة قوة الاحتكاك القصوى.

تم العثور على أقصى قوة احتكاك من خلال الصيغة:

من الشكل الموضح أعلاه ، نلاحظ أن قيمة القوة العمودية تساوي شدة قوة الوزن ، لأن الجسم في حالة سكون على المحور الرأسي. ثم:

N = P = م. ز

قبل استبدال القيم ، يجب علينا تحويل قيمة الكتلة إلى النظام الدولي ، أي 1500 جم = 1.5 كجم.

العدد = 1.5. 10 = 15 نيوتن

وبالتالي ، فإن قيمة F_{الاحتكاك} سيتم العثور عليه عن طريق القيام بما يلي:

F_{الاحتكاك}= 0,4. 15 = 6 ن

لذلك ، فإن F_احتكاك على الجسم ستكون مساوية للقوة F حتى تصل إلى قيمة 6N ، عندما يكون الجسم على وشك الحركة.

السؤال 7

(Enem - 2016) يُنسب الاختراع الذي يعني تقدمًا تقنيًا كبيرًا في العصور القديمة ، البكرة المركبة أو مجموعة البكرات ، إلى أرخميدس (287 ق. ج. إلى 212 أ. ج.). يتكون الجهاز من ربط سلسلة من البكرات المتحركة ببكرة ثابتة. يمثل الشكل ترتيبًا محتملاً لهذا الجهاز. يُذكر أن أرخميدس كان سيُظهر للملك هيرام ترتيبًا آخر لهذا الجهاز ، متحركًا بمفرده ، فوق الرمال على الشاطئ ، سفينة مليئة بالركاب والبضائع ، وهو أمر مستحيل بدون مشاركة الكثيرين رجال. لنفترض أن كتلة السفينة كانت 3000 كجم ، وكان معامل الاحتكاك الثابت بين السفينة والرمل 0.8 ، وأن أرخميدس سحب السفينة بقوة ، بالتوازي مع اتجاه الحركة ومعامل يساوي 400 N. ضع في اعتبارك الأسلاك والبكرات المثالية ، تسارع الجاذبية يساوي 10 م / ث² وأن سطح الشاطئ أفقي تمامًا.

كان الحد الأدنى لعدد البكرات المتحركة التي استخدمها أرخميدس في هذه الحالة هو

أ) 3.
ب) 6.
ج) 7.
د) 8.
هـ) 10.

انظر للاجابة

البديل الصحيح: ب) 6.

يتم تمثيل القوى المؤثرة على القارب في الرسم البياني أدناه:

من الرسم البياني ، نلاحظ أن القارب ، للخروج من السكون ، يتطلب أن تكون قوة الجر T أكبر من قوة الاحتكاك السكونية القصوى. لحساب قيمة هذه القوة ، سنستخدم الصيغة:

في هذه الحالة ، معامل الوزن يساوي معامل القوة العمودية ، لدينا:

استبدال القيم المعلنة ، لدينا:

F_{احتكاك الأعلى} = 0,8. 3000. 10 = 24000 ن

نعلم أن القوة F المؤثرة بواسطة أرخميدس كانت تساوي 400 نيوتن ، لذلك يجب ضرب هذه القوة بعامل معين بحيث تكون نتيجتها أكبر من 2400 نيوتن.

تضاعف كل بكرة متحركة يتم استخدامها من قيمة القوة ، أي ، مما يجعل القوة مساوية لـ F ، فإن قوة الجر (القوة التي ستسحب القارب) ستكون مساوية لـ 2F.

باستخدام بيانات المشكلة ، لدينا الموقف التالي:

• 1 بكرة → 400. 2 = 400. 2¹ = 800 شمال
• 2 بكرات → 400. 2. 2 = 400. 2 ² = 1600 نيوتن
• 3 بكرات → 400. 2. 2. 2 = 400. 2³ = 3200 شمالاً
• ن البكرات → 400. 2^لا > 24000 N (للخروج من الراحة)

وبالتالي ، نحتاج إلى معرفة قيمة n ، لذلك:

نحن نعلم أن 2⁵ = 32 وهذا 2⁶ = 64 ، لأننا نريد إيجاد الحد الأدنى لعدد البكرات المتحركة ، فعندئذٍ باستخدام 6 بكرات ، سيكون من الممكن تحريك القارب.

لذلك ، كان الحد الأدنى لعدد البكرات المتحركة المستخدمة ، في هذه الحالة ، من قبل أرخميدس 6.

السؤال 8

(UERJ - 2018) في إحدى التجارب ، تم ربط المربعين الأول والثاني ، بكتل تساوي 10 كجم و 6 كجم ، على التوالي ، بواسطة سلك مثالي. في البداية ، يتم تطبيق قوة شدة F تساوي 64 N على الكتلة I ، مما يؤدي إلى توليد توتر T على السلك._ال. بعد ذلك ، يتم تطبيق قوة بنفس الشدة F على الكتلة II ، مما ينتج عنه سحب T_ب. انظر إلى الخطط:

بغض النظر عن الاحتكاك بين الكتل والسطح S ، النسبة بين الجر تمثل:

انظر للاجابة

البديل الصحيح: .

بتطبيق قانون نيوتن الثاني وقانون الفعل ورد الفعل (قانون نيوتن الثالث) ، يمكننا كتابة الأنظمة لكل موقف:

الوضع الأول

الوضع الثاني

لاحظ أنه في كلتا الحالتين ، ستكون قيمة التسارع هي نفسها ، حيث أن القوة F متساوية والكتل أيضًا تظل كما هي.

باستبدال القيم وحساب التسارع ، لدينا:

بمعرفة قيمة التسارع ، يمكننا حساب قيم الجرارات:

تي_ال = م_II. ال
تي_ال = 6. 4 = 24 نيوتن

تي_ب = م_أنا . ال
تي_ب = 10. 4 = 40 نيوتن

بحساب النسبة بين عمليات السحب نجد:

لذلك ، فإن النسبة بين عمليات السحب تتوافق مع .

لمعرفة المزيد ، انظر أيضا:

• قانون نيوتن الثالث
• وزن القوة
• قوى طبيعية