A leggi di Newton comprendono tre leggi della Meccanica Classica: la legge dell'inerzia, la legge fondamentale della dinamica e la legge dell'azione e della reazione.
Metti alla prova le tue conoscenze con il 8 domande di seguito e non perdere l'occasione di chiarire i tuoi dubbi seguendo le risoluzioni dopo il feedback.
domanda 1
Metti in relazione le tre leggi di Newton con le rispettive affermazioni.
- La prima legge di Newton
- 2a legge di Newton
- La terza legge di Newton
Determina che la forza risultante è uguale al prodotto della massa per l'accelerazione del corpo.
Afferma che ad ogni azione corrisponde una reazione della stessa intensità, stessa direzione e direzione opposta.
Indica che un corpo tende a rimanere nel suo stato di quiete o in moto rettilineo uniforme, a meno che su di esso non agisca una forza risultante.
Risposta corretta: (2); (3) e (1).
legge di inerzia (1° Legge di Newton): indica che un corpo tende a rimanere nel suo stato di quiete o in moto rettilineo uniforme, a meno che una forza risultante non inizi ad agire su di esso.
Legge fondamentale della dinamica (2° Legge di Newton): determina che la forza risultante è uguale al prodotto della massa per l'accelerazione del corpo.
legge di azione e reazione (3° Legge di Newton): afferma che ad ogni azione corrisponde una reazione della stessa intensità, stessa direzione e direzione opposta.
Domanda 2
(UFRGS - 2017) A un corpo di massa m viene applicata una forza di 20 N. Il corpo si muove in linea retta con una velocità che aumenta di 10 m/s ogni 2 s. Qual è il valore, in kg, della massa m?
a) 5.
b) 4.
c) 3.
d) 2.
e) 1.
Alternativa corretta: b) 4.
Per trovare il valore di massa, applichiamo la seconda legge di Newton. Per questo, dobbiamo prima calcolare il valore di accelerazione.
Poiché l'accelerazione è uguale al valore della variazione di velocità diviso per l'intervallo di tempo, si ha:
Sostituzione dei valori trovati:
Pertanto, la massa corporea è di 4 kg.
Domanda 3
(UERJ - 2013) Un blocco di legno è in equilibrio su un piano inclinato di 45º rispetto al suolo. L'intensità della forza che il blocco esercita perpendicolarmente al piano inclinato è pari a 2.0 N.
Tra il blocco e il piano inclinato, l'intensità della forza di attrito, in newton, è pari a:
a) 0,7
b) 1.0
c) 1.4
d) 2.0
Alternativa corretta: d) 2.0.
Nel diagramma sottostante rappresentiamo la situazione proposta nel problema e le forze che agiscono nel blocco:
Poiché il blocco è in equilibrio sul piano inclinato, la forza netta sia sull'asse x che sull'asse y è uguale a zero.
Abbiamo quindi le seguenti uguaglianze:
fattrito = p. sen 45
N = P cos 45
Se N è uguale a 2 N e sin 45° è uguale a cos 45°, allora:
fattrito = N = 2 newton
Pertanto, tra il blocco e il piano inclinato, l'intensità della forza di attrito è pari a 2.0 N.
Vedi anche:
piano inclinato
Forza di attrito
domanda 4
(UFRGS - 2018) Il tiro alla fune è un'attività sportiva in cui due squadre, A e B, tirano una corda dai capi opposti, come mostrato nella figura sottostante.
Supponiamo che la fune sia tirata dalla squadra A con una forza orizzontale di modulo 780 N e dalla squadra B con una forza orizzontale di modulo 720 N. Ad un certo momento, la corda si spezza. Seleziona l'alternativa che riempie correttamente gli spazi vuoti nell'istruzione sottostante, nell'ordine in cui appaiono.
La forza netta sulla corda, nell'istante immediatamente prima della rottura, ha un modulo di 60 N e punta a ________. I moduli delle accelerazioni delle squadre A e B, nell'istante immediatamente successivo alla rottura della fune, sono rispettivamente ________, assumendo che ciascuna squadra abbia una massa di 300 kg.
a) sinistra - 2,5 m/s2 e 2,5 m/s2
b) sinistra - 2,6 m/s2 e 2,4 m/s2
c) sinistra - 2,4 m/s2 e 2,6 m/s2
d) destra - 2,6 m/s2 e 2,4 m/s2
e) destra - 2,4 m/s2 e 2,6 m/s2
Alternativa corretta: b) sinistra - 2,6 m/s2 e 2,4 m/s2.
La forza risultante punta nella direzione della forza massima, che in questo caso è la forza esercitata dalla squadra A. Pertanto, la sua direzione è a sinistra.
Nell'istante immediatamente successivo allo scatto della corda, possiamo calcolare la quantità di accelerazione acquisita da ciascuna squadra attraverso la seconda legge di Newton. Quindi abbiamo:
Pertanto, il testo con gli spazi compilati correttamente è:
La forza risultante sulla fune, nell'istante immediatamente precedente la rottura, ha un modulo di 60 N e punta al sinistra. I moduli delle accelerazioni delle squadre A e B, al momento immediatamente successivo alla rottura della corda, sono, rispettivamente, 2,6 m/s2 e 2,4 m/s2, assumendo che ogni squadra abbia una massa di 300 kg.
Vedi anche: Le leggi di Newton
domanda 5
(Enem - 2017) In uno scontro frontale tra due auto, la forza che la cintura di sicurezza esercita sul torace e sull'addome del guidatore può provocare gravi danni agli organi interni. Tenendo a mente la sicurezza del suo prodotto, una casa automobilistica ha condotto dei test su cinque diversi modelli di cintura. I test hanno simulato una collisione di 0,30 secondi e le bambole che rappresentavano gli occupanti erano dotate di accelerometri. Questa apparecchiatura registra il modulo di decelerazione della bambola in funzione del tempo. I parametri come la massa della bambola, le dimensioni del nastro e la velocità immediatamente prima e dopo l'impatto erano gli stessi per tutti i test. Il risultato finale ottenuto è nel grafico dell'accelerazione nel tempo.
Quale modello di cintura offre il minor rischio di lesioni interne al conducente?
a 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
Alternativa corretta: b) 2.
Il problema ci dice che la forza esercitata dalla cintura di sicurezza può causare gravi lesioni in caso di collisione frontale.
Occorre quindi individuare, tra i modelli presentati e nelle stesse condizioni, quello che eserciterà una forza meno intensa sul passeggero.
Per la seconda legge di Newton, abbiamo che la forza risultante è uguale al prodotto di massa e accelerazione:
FR = m. Il
Poiché l'esperimento è stato condotto utilizzando pupazzi della stessa massa, la forza risultante più bassa sul passeggero si verificherà quando anche l'accelerazione massima è minore.
Osservando il grafico, identifichiamo che questa situazione si verificherà nella cintura 2.
Vedi anche: La seconda legge di Newton
domanda 6
(PUC/SP - 2018) Un oggetto cubico, massiccio e omogeneo, di massa pari a 1500 g, è a riposo su una superficie piana e orizzontale. Il coefficiente di attrito statico tra l'oggetto e la superficie è pari a 0,40. Una forza F, orizzontale rispetto alla superficie, viene applicato sul centro di massa di quell'oggetto.
Quale grafico rappresenta meglio l'intensità della forza di attrito statico Fattrito in funzione dell'intensità F della forza applicata? Considera le forze coinvolte nelle unità SI.
Alternativa corretta: c.
Nella situazione proposta dal problema, il corpo è a riposo, quindi la sua accelerazione è uguale a 0. Considerando la 2a legge di Newton (FR = m. a), allora anche la forza risultante sarà uguale a zero.
Come descritto nel problema, sul corpo agiscono la forza F e la forza di attrito. Inoltre, abbiamo anche l'azione della forza peso e della forza normale.
Nella figura seguente, presentiamo il diagramma di queste forze:
Sull'asse orizzontale, finché il corpo rimane a riposo, abbiamo la seguente situazione:
FR = FA - FAattrito = 0 ⇒ F = Fattrito
Questa condizione sarà vera fino a quando il valore della forza F raggiunge l'intensità della forza di attrito massima.
La forza di attrito massima si trova attraverso la formula:
Dalla figura presentata sopra, notiamo che il valore della forza normale è uguale all'intensità della forza peso, poiché il corpo è fermo sull'asse verticale. Poi:
N = P = m. g
Prima di sostituire i valori, dobbiamo trasformare il valore della massa nel sistema internazionale, cioè 1500 g = 1,5 kg.
N = 1,5. 10 = 15 N
Quindi, il valore di Fattrito max si troverà facendo:
Fattrito max= 0,4. 15 = 6 N
Pertanto, la Fattrito sul corpo sarà uguale alla forza F fino a raggiungere il valore di 6N, quando il corpo sarà sull'orlo del movimento.
domanda 7
(Enem - 2016) Ad Archimede (287 a.. al 212 a. .). L'apparato consiste nell'associare una serie di pulegge mobili ad una puleggia fissa. La figura esemplifica una possibile disposizione per questo apparato. Si dice che Archimede avrebbe dimostrato al re Hieram un'altra disposizione di questo apparato, muovendosi da solo, sopra il sabbia sulla spiaggia, una nave piena di passeggeri e merci, qualcosa che sarebbe impossibile senza la partecipazione di molti uomini. Supponiamo che la massa della nave fosse 3000 kg, il coefficiente di attrito statico tra la nave e la sabbia fosse 0,8 e che Archimede tirasse la nave con una forza , parallela alla direzione di movimento e con modulo pari a 400 N. Considera i fili e le pulegge ideali, accelerazione di gravità pari a 10 m/s2 e che la superficie della spiaggia sia perfettamente orizzontale.
Il numero minimo di pulegge mobili utilizzate, in questa situazione, da Archimede era
a) 3.
b) 6.
c) 7.
d) 8.
e) 10.
Alternativa corretta: b) 6.
Le forze che agiscono sulla barca sono rappresentate nel diagramma seguente:
Dal diagramma si nota che la barca, per uscire da ferma, richiede che la forza di trazione T sia maggiore della massima forza di attrito statico. Per calcolare il valore di questa forza utilizzeremo la formula:
In questa situazione, il modulo del peso è uguale al modulo della forza normale, abbiamo:
Sostituendo i valori informati, abbiamo:
Fattrito max = 0,8. 3000. 10 = 24 000 N
Sappiamo che la forza F esercitata da Archimede era pari a 400 N, quindi questa forza deve essere moltiplicata per un certo fattore in modo che il suo risultato sia maggiore di 2400 N.
Ogni puleggia mobile utilizzata raddoppia il valore della forza, cioè facendo una forza pari a F, la forza di trazione (la forza che tirerà la barca) sarà pari a 2F.
Utilizzando i dati del problema, abbiamo la seguente situazione:
- 1 puleggia → 400. 2 = 400. 21 = 800 N
- 2 pulegge → 400. 2. 2 = 400. 2 2 = 1600 N
- 3 pulegge → 400. 2. 2. 2 = 400. 23 = 3200 N
- n pulegge → 400. 2no > 24.000 N (per uscire dal riposo)
Quindi, dobbiamo conoscere il valore di n, quindi:
Sappiamo che 25 = 32 e che 26 = 64, poiché vogliamo trovare il numero minimo di pulegge in movimento, quindi utilizzando 6 pulegge sarà possibile spostare la barca.
Pertanto, il numero minimo di pulegge mobili utilizzate, in questa situazione, da Archimede era 6.
domanda 8
(UERJ - 2018) In un esperimento, i blocchi I e II, con masse rispettivamente pari a 10 kg e 6 kg, sono interconnessi da un filo ideale. Dapprima viene applicata al blocco I una forza di intensità F pari a 64 N, generando una tensione T sul filo.IL. Quindi, una forza della stessa intensità F viene applicata al blocco II, producendo una trazione TB. Guarda gli schemi:
Tralasciando l'attrito tra i tasselli e la superficie S, il rapporto tra le trazioni sta per:
Alternativa corretta: .
Applicando la seconda legge di Newton e la legge di azione e reazione (terza legge di Newton), possiamo scrivere i sistemi per ogni situazione:
1a situazione
2a situazione
Si noti che in entrambe le situazioni il valore dell'accelerazione sarà lo stesso, poiché la forza F è uguale e anche le masse rimangono le stesse.
Sostituendo i valori e calcolando l'accelerazione, abbiamo:
Conoscendo il valore dell'accelerazione, possiamo calcolare i valori delle trazioni:
TIL = mII. Il
TIL = 6. 4 = 24 N
TB = mio . Il
TB = 10. 4 = 40 N
Calcolando il rapporto tra i pull, troviamo:
Pertanto, il rapporto tra i pull corrisponde a .
Per saperne di più, vedi anche:
- Terza legge di Newton
- forza peso
- Forza normale
