Newtonsche Gesetze: Kommentierte und gelöste Aufgaben

Beim Newtonsche Gesetze umfassen drei Gesetze der Klassischen Mechanik: das Trägheitsgesetz, das Grundgesetz der Dynamik und das Gesetz von Aktion und Reaktion.

Testen Sie Ihr Wissen mit dem 8 Fragen unten und verpassen Sie nicht die Gelegenheit, Ihre Zweifel zu klären, indem Sie den Beschlüssen nach dem Feedback folgen.

Frage 1

Setzen Sie die drei Newtonschen Gesetze mit ihren jeweiligen Aussagen in Verbindung.

1. Newtons 1. Gesetz
2. Newtons 2. Gesetz
3. Newtons 3. Gesetz

Bestimmt, dass die Nettokraft gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung des Körpers ist.

Es besagt, dass auf jede Aktion eine Reaktion gleicher Intensität, gleicher Richtung und entgegengesetzter Richtung erfolgt.

Zeigt an, dass ein Körper dazu neigt, in seinem Ruhezustand oder in einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung zu bleiben, es sei denn, eine resultierende Kraft wirkt auf ihn.

Siehe Antwort

Richtige Antwort: (2); (3) und (1).

Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Gesetz): zeigt an, dass ein Körper dazu neigt, in seinem Ruhezustand oder in einer gleichmäßigen geradlinigen Bewegung zu bleiben, es sei denn, eine resultierende Kraft beginnt auf ihn einzuwirken.

Grundgesetz der Dynamik (2. Newtonsches Gesetz): Bestimmt, dass die resultierende Kraft gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung des Körpers ist.

Gesetz von Aktion und Reaktion (3. Newtonsches Gesetz): besagt, dass auf jede Aktion eine Reaktion gleicher Intensität, gleicher Richtung und entgegengesetzter Richtung erfolgt.

Frage 2

(UFRGS - 2017) Auf einen Körper der Masse m wird eine Kraft von 20 N ausgeübt. Der Körper bewegt sich geradlinig mit einer Geschwindigkeit, die alle 2 s um 10 m/s zunimmt. Welchen Wert in kg hat die Masse m?

a) 5.
b) 4.
c) 3.
d) 2.
e) 1.

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) 4.

Um den Massenwert zu finden, wenden wir das zweite Newtonsche Gesetz an. Dazu müssen wir zunächst den Beschleunigungswert berechnen.

Da die Beschleunigung gleich dem Wert der Geschwindigkeitsänderung geteilt durch das Zeitintervall ist, haben wir:

Ersetzen der gefundenen Werte:

Daher beträgt die Körpermasse 4 kg.

Frage 3

(UERJ - 2013) Ein Holzklotz wird auf einer schiefen Ebene von 45° zum Boden ausbalanciert. Die Kraft, die der Block senkrecht zur schiefen Ebene ausübt, beträgt 2,0 N.

Zwischen dem Block und der schiefen Ebene ist die Intensität der Reibungskraft in Newton gleich:

a) 0,7
b) 1,0
c) 1,4
d) 2,0

Siehe Antwort

Richtige Alternative: d) 2.0.

Im folgenden Diagramm stellen wir die im Problem vorgeschlagene Situation und die im Block wirkenden Kräfte dar:

Da sich der Block auf der schiefen Ebene im Gleichgewicht befindet, ist die Nettokraft sowohl auf der x-Achse als auch auf der y-Achse gleich Null.

Somit haben wir die folgenden Gleichheiten:

f_Reibung = P. sen 45th
N = P. weil 45

Wenn N gleich 2 N ist und sin 45° gleich cos 45° ist, dann:

f_Reibung = N = 2 Newton

Daher beträgt die Reibungskraft zwischen dem Block und der schiefen Ebene 2,0 N.

Auch sehen:

schiefe Ebene

Reibungskraft

Frage 4

(UFRGS - 2018) Tauziehen ist eine sportliche Aktivität, bei der zwei Teams, A und B, an den gegenüberliegenden Enden ein Seil ziehen, wie in der Abbildung unten gezeigt.

Angenommen, das Seil wird von Team A mit einer Horizontalkraft von Modulo 780 N und von Team B mit einer Horizontalkraft von Modulo 720 N gezogen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt reißt das Seil. Kreuzen Sie die Alternative an, die die Lücken in der folgenden Anweisung korrekt ausfüllt, in der Reihenfolge, in der sie erscheinen.

Die Nettokraft auf die Saite hat im Moment unmittelbar vor dem Bruch einen Modul von 60 N und zeigt auf ________. Die Module der Beschleunigungen der Mannschaften A und B zum Zeitpunkt unmittelbar nach dem Seilriss sind jeweils ________, unter der Annahme, dass jede Mannschaft eine Masse von 300 kg hat.

a) links - 2,5 m/s² und 2,5 m/s²
b) links - 2,6 m/s² und 2,4 m/s²
c) links - 2,4 m/s² und 2,6 m/s²
d) rechts - 2,6 m/s² und 2,4 m/s²
e) rechts - 2,4 m/s² und 2,6 m/s²

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) links - 2,6 m/s² und 2,4 m/s².

Die resultierende Kraft zeigt in die Richtung der größten Kraft, die in diesem Fall die von Team A ausgeübte Kraft ist. Daher ist seine Richtung nach links.

Unmittelbar nach dem Reißen der Saite können wir die Beschleunigung berechnen, die jedes Team durch das zweite Newtonsche Gesetz erhält. Also haben wir:

Daher lautet der Text mit den korrekt ausgefüllten Lücken:

Die resultierende Kraft auf das Seil hat im Moment unmittelbar vor dem Bruch einen Modul von 60 N und weist auf die links. Die Module der Beschleunigungen der Teams A und B im Moment unmittelbar nach dem Seilbruch sind jeweils 2,6 m/s² und 2,4 m/s², vorausgesetzt, jedes Team hat eine Masse von 300 kg.

Auch sehen: Newtonsche Gesetze

Frage 5

(Enem - 2017) Bei einem Frontalzusammenstoß zwischen zwei Autos kann die Kraft, die der Sicherheitsgurt auf Brust und Bauch des Fahrers ausübt, schwere Schäden an den inneren Organen verursachen. Im Hinblick auf die Sicherheit seines Produkts führte ein Automobilhersteller Tests mit fünf verschiedenen Riemenmodellen durch. Die Tests simulierten eine 0,30-Sekunden-Kollision, und die Puppen, die die Insassen repräsentierten, waren mit Beschleunigungsmessern ausgestattet. Dieses Gerät zeichnet den Modul der Verzögerung der Puppe als Funktion der Zeit auf. Parameter wie Puppenmasse, Gurtabmessungen und Geschwindigkeit unmittelbar vor und nach dem Aufprall waren bei allen Tests gleich. Das erhaltene Endergebnis ist in der Grafik der Beschleunigung über die Zeit enthalten.

Welches Gurtmodell bietet dem Fahrer das geringste Verletzungsrisiko?

bis 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) 2.

Das Problem sagt uns, dass die Kraft, die der Sicherheitsgurt ausübt, bei Frontalkollisionen zu schweren Verletzungen führen kann.

Daher müssen wir unter den vorgestellten Modellen und unter den gleichen Bedingungen dasjenige identifizieren, das eine weniger starke Kraft auf den Passagier ausübt.

Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ist die resultierende Kraft gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung:

F_R = m. Das

Da der Versuch mit Puppen gleicher Masse durchgeführt wurde, tritt die geringste resultierende Kraft auf den Passagier ein, wenn auch die maximale Beschleunigung kleiner ist.

Wenn wir die Grafik betrachten, stellen wir fest, dass diese Situation in Gürtel 2 auftreten wird.

Auch sehen: Newtons zweites Gesetz

Frage 6

(PUC/SP - 2018) Ein kubischer, massiver und homogener Gegenstand mit einer Masse von 1500 g ruht auf einer ebenen und horizontalen Oberfläche. Der Haftreibungskoeffizient zwischen Objekt und Oberfläche beträgt 0,40. Eine Kraft F, horizontal zur Oberfläche, wird über dem Massenmittelpunkt dieses Objekts aufgetragen.

Welcher Graph repräsentiert am besten die Intensität der Haftreibungskraft F_Reibung als Funktion der Intensität F der aufgebrachten Kraft? Betrachten Sie die Kräfte, die in SI-Einheiten auftreten.

Siehe Antwort

Richtige Alternative: c.

In der vom Problem vorgeschlagenen Situation befindet sich der Körper in Ruhe, seine Beschleunigung ist also gleich 0. Unter Berücksichtigung des 2. Newtonschen Gesetzes (F_R = m. a), dann ist auch die Nettokraft gleich Null.

Wie in der Problemstellung beschrieben, wirken auf den Körper Kraft F und Reibungskraft. Darüber hinaus haben wir auch die Wirkung von Gewichtskraft und Normalkraft.

In der folgenden Abbildung stellen wir das Diagramm dieser Kräfte dar:

Auf der horizontalen Achse haben wir, solange der Körper in Ruhe bleibt, folgende Situation:

F_R = F - F_Reibung = 0 ⇒ F = F_Reibung

Diese Bedingung gilt, bis der Kraftwert F die Intensität der maximalen Reibungskraft erreicht.

Die maximale Reibungskraft ergibt sich durch die Formel:

Aus der obigen Abbildung sehen wir, dass der Wert der Normalkraft gleich der Intensität der Gewichtskraft ist, da der Körper auf der vertikalen Achse ruht. Dann:

N = P = m. G

Bevor wir die Werte ersetzen, müssen wir den Massenwert in das internationale System umwandeln, dh 1500 g = 1,5 kg.

N = 1,5. 10 = 15 N

Somit ist der Wert von F_Reibungsmax. wird gefunden durch:

F_Reibungsmax.= 0,4. 15 = 6 N

Daher ist die F_Reibung auf den Körper ist gleich der Kraft F, bis sie den Wert von 6 N erreicht, wenn der Körper kurz vor der Bewegung steht.

Frage 7

(Enem - 2016) Archimedes (287 a.. bis 212 a. .). Die Vorrichtung besteht darin, eine Reihe von beweglichen Riemenscheiben mit einer festen Riemenscheibe zu verbinden. Die Figur veranschaulicht eine mögliche Anordnung für diese Vorrichtung. Es wird berichtet, dass Archimedes König Hieram eine andere Anordnung dieses Apparats demonstriert hätte, der sich allein über die Sand am Strand, ein Schiff voller Passagiere und Fracht, was ohne die Teilnahme vieler unmöglich wäre Männer. Angenommen, die Masse des Schiffes beträgt 3000 kg, der Haftreibungskoeffizient zwischen dem Schiff und dem Sand beträgt 0,8 und Archimedes zieht das Schiff mit einer Kraft , parallel zur Bewegungsrichtung und mit einem Modul von 400 N. Betrachten Sie die idealen Drähte und Umlenkrollen, die Schwerkraftbeschleunigung gleich 10 m/s² und dass die Strandoberfläche perfekt horizontal ist.

Die Mindestanzahl der in dieser Situation von Archimedes verwendeten beweglichen Riemenscheiben war

a) 3.
b) 6.
c) 7.
d) 8.
e) 10.

Siehe Antwort

Richtige Alternative: b) 6.

Die auf das Boot wirkenden Kräfte sind im folgenden Diagramm dargestellt:

Aus dem Diagramm sehen wir, dass das Boot, um aus der Ruhe zu kommen, die Zugkraft T größer als die maximale Haftreibungskraft benötigt. Um den Wert dieser Kraft zu berechnen, verwenden wir die Formel:

In dieser Situation ist der Gewichtsmodul gleich dem Normalkraftmodul, wir haben:

Ersetzen der angegebenen Werte haben wir:

F_{Reibung max} = 0,8. 3000. 10 = 24 000 N

Wir wissen, dass die von Archimedes ausgeübte Kraft F 400 N betrug, daher muss diese Kraft mit einem bestimmten Faktor multipliziert werden, damit ihr Ergebnis größer als 2400 N ist.

Jede verwendete bewegliche Riemenscheibe verdoppelt den Kraftwert, dh wenn eine Kraft gleich F ist, ist die Zugkraft (die Kraft, die das Boot zieht) gleich 2F.

Anhand der Problemdaten haben wir folgende Situation:

• 1 Riemenscheibe → 400. 2 = 400. 2¹ = 800 N
• 2 Riemenscheiben → 400. 2. 2 = 400. 2 ² = 1600 N
• 3 Riemenscheiben → 400. 2. 2. 2 = 400. 2³ = 3200 N
• n Riemenscheiben → 400. 2^Nein > 24.000 N (um aus der Ruhe zu kommen)

Daher müssen wir den Wert von n kennen, also:

Wir wissen, dass 2⁵ = 32 und das 2⁶ = 64, da wir die minimale Anzahl von beweglichen Rollen finden möchten, dann ist es möglich, das Boot mit 6 Rollen zu bewegen.

Daher betrug die Mindestanzahl der von Archimedes in dieser Situation verwendeten beweglichen Riemenscheiben 6.

Frage 8

(UERJ - 2018) In einem Experiment sind die Blöcke I und II mit einer Masse von 10 kg bzw. 6 kg durch einen idealen Draht miteinander verbunden. Zuerst wird eine Kraft der Stärke F gleich 64 N auf Block I ausgeübt, wodurch eine Spannung T auf den Draht erzeugt wird._DAS. Dann wird auf Block II eine Kraft derselben Stärke F ausgeübt, die eine Traktion T. erzeugt_B. Schau dir die Schaltpläne an:

Abgesehen von der Reibung zwischen den Blöcken und der Oberfläche S ist das Verhältnis zwischen den Zugkräften steht für:

Siehe Antwort

Richtige Alternative: .

Unter Anwendung des zweiten Newtonschen Gesetzes und des Aktions- und Reaktionsgesetzes (Newtons drittem Gesetz) können wir die Systeme für jede Situation schreiben:

1. Situation

2. Situation

Beachten Sie, dass in beiden Situationen der Beschleunigungswert gleich ist, da die Kraft F gleich ist und die Massen ebenfalls gleich bleiben.

Wenn wir die Werte ersetzen und die Beschleunigung berechnen, haben wir:

Wenn wir den Beschleunigungswert kennen, können wir die Werte der Traktionen berechnen:

T_DAS = m_II. Das
T_DAS = 6. 4 = 24 N

T_B = m_ich . Das
T_B = 10. 4 = 40 N

Wenn wir das Verhältnis zwischen den Zügen berechnen, finden wir:

Daher entspricht das Verhältnis zwischen den Zügen .

Um mehr zu erfahren, siehe auch:

• Newtons drittes Gesetz
• Stärke Gewicht
• Normale Kraft