חוקי ניוטון: תרגילים שהעירו הערות ופתרונות

בְּ חוקי ניוטון מורכבים משלושה חוקים של מכניקה קלאסית: חוק האינרציה, החוק הבסיסי של הדינמיקה, וחוק הפעולה והתגובה.

בדוק את הידע שלך באמצעות 8 שאלות למטה ואל תחמיץ את ההזדמנות להבהיר את ספקותיך על ידי ביצוע ההחלטות לאחר המשוב.

שאלה 1

התייחס בין שלושת החוקים של ניוטון להצהרות שלהם.

החוק הראשון של ניוטון
החוק השני של ניוטון
החוק השלישי של ניוטון

סוגריים שמאלים קובע שהכוח הנקי שווה לתוצר המסה ולהאצת הגוף.

סוגריים שמאלים זה קובע כי לכל פעולה יש תגובה באותה עוצמה, כיוון זהה וכיוון מנוגד.

סוגריים שמאלים מעיד על כך שגוף נוטה להישאר במצב מנוחה או בתנועה אחידה ישר, אלא אם כן פועל עליו כוח שנוצר.

ראה תשובה

תשובה נכונה: (2); (3) ו- (1).

חוק האינרציה (החוק הראשון של ניוטון): מציין שגוף נוטה להישאר במצב מנוחה או בתנועה אחידה ישר, אלא אם כן כוח שנוצר מתחיל לפעול עליו.

החוק היסודי של הדינמיקה (החוק השני של ניוטון): קובע שהכוח המתקבל שווה לתוצר של מסה ותאוצה של הגוף.

חוק פעולה ותגובה (החוק השלישי של ניוטון): קובע כי לכל פעולה יש תגובה באותה עוצמה, אותו כיוון וכיוון מנוגד.

שאלה 2

(UFRGS - 2017) כוח של 20 N מוחל על גוף מסה m. הגוף נע בקו ישר במהירות שעולה ב -10 מ / ש כל 2 שניות. מה הערך, בק"ג, של המסה m?

instagram story viewer

א) 5.
ב) 4.
ג) 3.
ד) 2.
ה) 1.

ראה תשובה

חלופה נכונה: ב) 4.

כדי למצוא את הערך ההמוני, נניח את החוק השני של ניוטון. לשם כך, ראשית עלינו לחשב את ערך התאוצה.

מכיוון שהתאוצה שווה לערך וריאציית המהירות חלקי מרווח הזמן, יש לנו:

החלפת הערכים שנמצאו:

F שווה ל- m. 20 שווה ל- m.5 מ 'שווה 20 מעל 5 שווה 4 שטח k g

לכן מסת הגוף היא 4 ק"ג.

שאלה 3

(UERJ - 2013) גוש עץ מאוזן במישור נוטה של 45 מעלות ביחס לקרקע. עוצמת הכוח שמפעיל הבלוק בניצב למישור הנטוי שווה ל- 2.0 N.

בין הבלוק למישור הנטוי, עוצמת כוח החיכוך בניוטונים שווה ל:

א) 0.7
ב) 1.0
ג) 1.4
ד) 2.0

ראה תשובה

חלופה נכונה: ד) 2.0.

בתרשים להלן אנו מייצגים את המצב המוצע בבעיה ואת הכוחות הפועלים בבלוק:

מכיוון שהבלוק נמצא בשיווי משקל במישור הנטוי, כוח הרשת גם על ציר ה- x וגם על ציר ה- y שווה לאפס.

לפיכך, יש לנו את השיוויונים הבאים:

f_חיכוך = P. סן 45
N = P. במקום ה -45

אם N שווה ל- 2 N ו- sin 45 ° שווה ל- cos 45 °, אז:

f_חיכוך = N = 2 ניוטונים

לכן, בין הבלוק למישור הנטוי, עוצמת כוח החיכוך שווה ל- 2.0 N.

ראה גם:

מישור משופע

כוח החיכוך

שאלה 4

(UFRGS - 2018) משיכת המלחמה היא פעילות ספורטיבית בה שתי קבוצות, A ו- B, מושכות חבל בקצוות ההפוכים, כפי שמוצג באיור להלן.

נניח שהחבל נמשך על ידי צוות A עם כוח אופקי של מודולו 780 N ועל ידי צוות B עם כוח אופקי של מודולו 720 N. ברגע נתון החבל נשבר. בדוק את האלטרנטיבה שממלאת את החסר בצורה נכונה בהצהרה למטה, לפי סדר הופעתם.

לכוח הרשת על המיתר, ברגע שמיד לפני ההפסקה, יש מודולוס של 60 N ומצביע על ________. המודולים של תאוצות קבוצות A ו- B, ברגע מיד לאחר שבירת החבל, הם בהתאמה ________, בהנחה שלכל צוות יש מסה של 300 ק"ג.

א) משמאל - 2.5 מ 'לשנייה² ו -2.5 מ 'לשנייה²
ב) משמאל - 2.6 מ 'לשנייה² ו -2.4 מ 'לשנייה²
ג) משמאל - 2.4 מ / ש² ו -2.6 מ / ש²
ד) מימין - 2.6 מ 'לשנייה² ו -2.4 מ 'לשנייה²
ה) מימין - 2.4 מ 'לשנייה² ו -2.6 מ / ש²

ראה תשובה

חלופה נכונה: ב) משמאל - 2.6 מ 'לשנייה² ו -2.4 מ 'לשנייה².

הכוח שנוצר מצביע על כיוון הכוח הגדול ביותר, שהוא במקרה זה הכוח שמפעיל צוות א '. לכן, הכיוון שלה הוא שמאלה.

ברגע מיד לאחר הצמדת המחרוזת, אנו יכולים לחשב את כמות התאוצה שנרכשה על ידי כל קבוצה באמצעות החוק השני של ניוטון. אז יש לנו:

F עם מנוי שווה ל- m. a עם מנוי 780 השווה ל -300. a עם מנוי a עם תו שווה ל 780 מעל 300 a עם תו שווה ל -2 פסיק 6 רווח מ 'חלקי s בריבוע

F עם מנוי B שווה ל- m. a עם מנוי B 720 שווה ל -300. a עם תו B a עם תו B שווה ל 720 מעל 300 a עם תו B שווה ל 2 פסיקים 4 מ 'שטח חלקי s בריבוע

לכן, הטקסט עם החללים המלאים בצורה נכונה הוא:

לכוח שנוצר על החבל, ברגע שמיד לפני ההפסקה, יש מודול של 60 N ומצביע על שמאלה. המודולים של תאוצות קבוצות A ו- B, כרגע מיד לאחר שבירת החבל, הם, בהתאמה, 2.6 מ 'לשנייה² ו -2.4 מ 'לשנייה²בהנחה שלכל צוות יש מסה של 300 ק"ג.

ראה גם: חוקי ניוטון

שאלה 5

(אויב - 2017) בהתנגשות חזיתית בין שתי מכוניות, הכוח שמפעילה חגורת הבטיחות על חזה הנהג ובטנו עלול לגרום נזק חמור לאיברים הפנימיים. עם הבטיחות של המוצר שלה, יצרנית רכב ערכה בדיקות על חמישה דגמי חגורה שונים. המבחנים מדמים התנגשות של 0.30 שניות, והבובות המייצגות את הדיירים היו מצוידות במאיץ תאוצה. ציוד זה מתעד את מודול האטת הבובה כפונקציה של זמן. פרמטרים כגון מסת בובה, מידות חגורה ומהירות מיד לפני ואחרי הפגיעה היו זהים בכל הבדיקות. התוצאה הסופית שהתקבלה היא בגרף האצה לפי זמן.

איזה דגם חגורה מציע את הסיכון הנמוך ביותר לפגיעה פנימית בנהג?

עד 1
ב) 2
ג) 3
ד) 4
ה) 5

ראה תשובה

חלופה נכונה: ב) 2.

הבעיה מספרת לנו שהכוח שמפעילים חגורת הבטיחות עלול לגרום לפציעות קשות בהתנגשויות חזיתיות.

לכן עלינו לזהות, בין הדגמים המוצגים ובתנאים זהים, את זה שיפעיל כוח פחות אינטנסיבי על הנוסע.

לפי החוק השני של ניוטון, יש לנו שהכוח שנוצר שווה לתוצר של מסה ותאוצה:

F_ר = מ ' ה

כאשר הניסוי בוצע באמצעות בובות בעלות אותה המסה, אזי יופיע הכוח הנמוך ביותר על הנוסע כאשר גם התאוצה המקסימלית קטנה יותר.

בהתבוננות בתרשים אנו מזהים כי מצב זה יתרחש בחגורה 2.

ראה גם: החוק השני של ניוטון

שאלה 6

(PUC / SP - 2018) עצם מעוקב, מאסיבי והומוגני, עם מסה השווה ל 1500 גרם, נמצא במנוחה על משטח ישר ואופקי. מקדם החיכוך הסטטי בין האובייקט למשטח שווה ל- 0.40. כוח F, אופקי על פני השטח, מוחל על מרכז המסה של אותו אובייקט.

איזה גרף מייצג בצורה הטובה ביותר את עוצמת כוח החיכוך הסטטי F_חיכוך כפונקציה של עוצמת F של הכוח המופעל? שקול את הכוחות המעורבים ביחידות SI.

ראה תשובה

חלופה נכונה: ג.

במצב שמציעה הבעיה, הגוף נמצא במנוחה, ולכן התאוצה שלו שווה ל -0. בהתחשב בחוק השני של ניוטון (F_ר= מ ' א), אז גם הכוח נטו יהיה שווה לאפס.

כמתואר בבעיה, יש כוח F וכוח חיכוך הפועלים על הגוף. בנוסף, יש לנו גם את הפעולה של כוח משקל וכוח נורמלי.

באיור שלהלן אנו מציגים את התרשים של כוחות אלה:

על הציר האופקי, כל עוד הגוף נשאר במנוחה, יש לנו את המצב הבא:

F_ר = F - F_חיכוך = 0 ⇒ F = F_חיכוך

מצב זה יהיה נכון עד שערך הכוח F יגיע לעוצמת כוח החיכוך המרבי.

כוח החיכוך המרבי נמצא באמצעות הנוסחה:

F עם a t r i t o m á x חתימה בסוף החתימה שווה ל- mu עם e. נ

מהאיור שהוצג לעיל, אנו מבחינים שערך הכוח הנורמלי שווה לעוצמת כוח המשקל, מכיוון שהגוף נמצא במנוחה על הציר האנכי. לאחר מכן:

N = P = m. ז

לפני החלפת הערכים עלינו להפוך את ערך המסה למערכת הבינלאומית, כלומר 1500 גרם = 1.5 ק"ג.

N = 1.5. 10 = 15 נ '

לפיכך, הערך של F_frictionmax יימצא על ידי ביצוע:

F_frictionmax= 0,4. 15 = 6 נ '

לכן, ה- F_חיכוך על הגוף יהיה שווה לכוח F עד שהוא יגיע לערך 6N, כאשר הגוף יהיה על סף תנועה.

שאלה 7

(Enem - 2016) המצאה שפירושה התקדמות טכנולוגית גדולה בעת העתיקה, הגלגלת המרוכבת או אסוציאציה של גלגלות, מיוחסת לארכימדס (287 א. Ç. עד 212 א. Ç.). המנגנון מורכב מקשר בין סדרת גלגלות ניידות לגלגלת קבועה. האיור מדגים הסדר אפשרי למנגנון זה. דווח כי ארכימדס היה מפגין בפני המלך הירם סידור נוסף של המנגנון הזה, שנע לבדו מעל השטח חול על החוף, ספינה מלאה בנוסעים ובמטענים, דבר שאי אפשר יהיה ללא השתתפות רבים גברים. נניח שמסת הספינה הייתה 3000 ק"ג, מקדם החיכוך הסטטי בין הספינה לחול היה 0.8 וכי ארכימדס משך את הספינה בכוח F עם כתב עליון של חץ ימינה , במקביל לכיוון התנועה ועם מודול שווה ל -400 N. שקול את החוטים והגלגלות האידיאליים, תאוצת כוח הכבידה השווה ל -10 מ '/ שנייה² ושמשטח החוף אופקי לחלוטין.

המספר המינימלי של גלגלות הניידים ששימש, במצב זה, ארכימדס היה

א) 3.
ב) 6.
ג) 7.
ד) 8.
ה) 10.

ראה תשובה

חלופה נכונה: ב) 6.

הכוחות הפועלים על הסירה מיוצגים בתרשים להלן:

מהדיאגרמה אנו מבחינים כי הסירה, כדי לצאת ממנוחה, דורשת שכוח המשיכה T יהיה גדול מכוח החיכוך הסטטי המרבי. כדי לחשב את ערך הכוח הזה, נשתמש בנוסחה:

F עם a t r i t o m á x חתימה בסוף החתימה שווה ל- mu עם e. שטח N

במצב זה, מודול המשקל שווה למודול הכוח הרגיל, יש לנו:

F עם a t r i t o m á x חתימה בסוף החתימה שווה ל- mu עם e. M. ז

החלפת הערכים הודיעו, יש לנו:

F_חיכוך_{מקסימום}= 0,8. 3000. 10 = 24 000 נ '

אנו יודעים שהכוח F שהפעיל ארכימדס היה שווה ל -400 N, ולכן יש להכפיל את הכוח הזה בגורם מסוים כך שהתוצאה שלו תהיה גדולה מ- 2400 N.

כל גלגלת ניידת המשמשת מכפילה את ערך הכוח, כלומר הפיכת כוח שווה ל- F, כוח המשיכה (הכוח שימשוך את הסירה) יהיה שווה ל- 2F.

באמצעות נתוני הבעיה, יש לנו את המצב הבא:

גלגלת 1 → 400. 2 = 400. 2¹ = 800 נ '
2 גלגלות → 400. 2. 2 = 400. 2 ² = 1600 נ '
3 גלגלות → 400. 2. 2. 2 = 400. 2³ = 3200 נ '
גלגלות n 400 → 400. 2^לא > 24,000 נ '(לצאת מנוחה)

לפיכך, עלינו לדעת את הערך של n, לכן:

400.2 לעוצמה של n גדול מ 24 שטח 000 2 לכוח n גדול ממונה 24 שטח 000 מעל מכנה 400 סוף שבר 2 לעוצמה n גדול מ 60

אנו יודעים כי 2⁵ = 32 וזה 2⁶ = 64, מכיוון שאנחנו רוצים למצוא את המספר המינימלי של גלגלות זזות, ואז באמצעות 6 גלגלות ניתן יהיה להזיז את הסירה.

לכן, המספר המינימלי של גלגלות הניידים ששימשו, במצב זה, את ארכימדס היה 6.

שאלה 8

(UERJ - 2018) בניסוי, בלוקים I ו- II, עם מסות השוות ל- 10 ק"ג ו- 6 ק"ג, בהתאמה, מחוברים ביניהם באמצעות חוט אידיאלי. בתחילה, מוחל על בלוק I כוח בעוצמה F השווה ל -64 N ויוצר מתח T על החוט._ה. לאחר מכן, מוחל על אותה חסימה כוח באותה עוצמה F, המייצר מתיחה T_ב. התבונן בתרשימים: