De wetten van Newton: becommentarieerde en opgeloste oefeningen

Bij De wetten van Newton bestaat uit drie wetten van de klassieke mechanica: de wet van traagheid, de fundamentele wet van dynamiek en de wet van actie en reactie.

Test je kennis met de 8 vragen hieronder en mis de kans niet om uw twijfels op te helderen door de resoluties na de feedback te volgen.

vraag 1

Breng de drie wetten van Newton in verband met hun respectievelijke uitspraken.

1. De 1e wet van Newton
2. De 2e wet van Newton
3. 3e wet van Newtonton

Bepaalt dat de netto kracht gelijk is aan het product van de massa en de versnelling van het lichaam.

Het stelt dat er op elke actie een reactie is van dezelfde intensiteit, dezelfde richting en tegengestelde richting.

Geeft aan dat een lichaam de neiging heeft om in zijn rusttoestand of in een uniforme rechtlijnige beweging te blijven, tenzij er een resulterende kracht op inwerkt.

Zie antwoord

Juiste antwoord: (2); (3) en (1).

wet van traagheid (1e wet van Newton): geeft aan dat een lichaam de neiging heeft om in zijn rusttoestand of in een uniforme rechtlijnige beweging te blijven, tenzij er een resulterende kracht op begint in te werken.

Fundamentele wet van de dynamiek (2e wet van Newton): bepaalt dat de resulterende kracht gelijk is aan het product van massa en versnelling van het lichaam.

wet van actie en reactie (3e wet van Newton): stelt dat er op elke actie een reactie is van dezelfde intensiteit, dezelfde richting en tegengestelde richting.

vraag 2

(UFRGS - 2017) Op een lichaam met massa m wordt een kracht van 20 N uitgeoefend. Het lichaam beweegt in een rechte lijn met een snelheid die elke 2 s met 10 m/s toeneemt. Wat is de waarde, in kg, van de massa m?

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

Zie antwoord

Correct alternatief: b) 4.

Laten we de tweede wet van Newton toepassen om de massawaarde te vinden. Daarvoor moeten we eerst de versnellingswaarde berekenen.

Omdat de versnelling gelijk is aan de snelheidsvariatiewaarde gedeeld door het tijdsinterval, hebben we:

De gevonden waarden vervangen:

Daarom is de lichaamsmassa 4 kg.

vraag 3

(UERJ - 2013) Een houten blok wordt gebalanceerd op een hellend vlak van 45º ten opzichte van de grond. De intensiteit van de kracht die het blok loodrecht op het hellend vlak uitoefent is gelijk aan 2,0 N.

Tussen het blok en het hellend vlak is de intensiteit van de wrijvingskracht, in newton, gelijk aan:

a) 0,7
b) 1.0
c) 1.4
d) 2.0

Zie antwoord

Correct alternatief: d) 2.0.

In het onderstaande diagram geven we de situatie weer die in het probleem wordt voorgesteld en de krachten die in het blok werken:

Omdat het blok in evenwicht is op het hellend vlak, is de netto kracht op zowel de x-as als de y-as gelijk aan nul.

We hebben dus de volgende gelijkheden:

f_wrijving = P. sen 45e
N = P. vanwege de 45e

Als N gelijk is aan 2 N en sin 45° gelijk is aan cos 45°, dan:

f_wrijving = N = 2 newton

Daarom is tussen het blok en het hellende vlak de wrijvingskrachtintensiteit gelijk aan 2,0 N.

Zie ook:

Hellend vlak

Wrijvingskracht

vraag 4

(UFRGS - 2018) Touwtrekken is een sportieve activiteit waarbij twee teams, A en B, aan de tegenovergestelde uiteinden aan een touw trekken, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Stel dat het touw wordt getrokken door team A met een horizontale kracht van modulo 780 N en door team B met een horizontale kracht van modulo 720 N. Op een gegeven moment breekt het touw. Vink het alternatief aan dat de lege plekken in de onderstaande verklaring correct opvult, in de volgorde waarin ze voorkomen.

De netto kracht op de snaar, op het moment direct voor de breuk, heeft een modulus van 60 N en wijst naar ________. De modules van de versnellingen van teams A en B, op het moment onmiddellijk nadat het touw is gebroken, zijn respectievelijk ________, ervan uitgaande dat elk team een ​​massa heeft van 300 kg.

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

Zie antwoord

Correct alternatief: b) links - 2,6 m/s² en 2,4 m/s².

De resulterende kracht wijst naar de richting van de grootste kracht, in dit geval de kracht die wordt uitgeoefend door team A. Daarom is de richting naar links.

Op het moment direct nadat de snaar knapt, kunnen we de hoeveelheid versnelling berekenen die door elk team wordt verkregen via de tweede wet van Newton. Dus we hebben:

Daarom is de tekst met de lacunes correct ingevuld:

De resulterende kracht op het touw, op het moment direct voor de breuk, heeft een modulus van 60 N en wijst naar de links. De modules van de versnellingen van teams A en B, op het moment direct na het breken van het touw, zijn respectievelijk 2,6 m/s² en 2,4 m/s², ervan uitgaande dat elk team een ​​massa van 300 kg heeft.

Zie ook: De wetten van Newton

vraag 5

(Enem - 2017) Bij een frontale botsing tussen twee auto's kan de kracht die de veiligheidsgordel uitoefent op de borst en buik van de bestuurder ernstige schade aan de inwendige organen veroorzaken. Met het oog op de veiligheid van zijn product voerde een autofabrikant tests uit op vijf verschillende riemmodellen. De tests simuleerden een botsing van 0,30 seconden en de poppen die de inzittenden voorstelden, waren uitgerust met versnellingsmeters. Deze apparatuur registreert de modulus van de vertraging van de pop als functie van de tijd. Parameters zoals popmassa, riemafmetingen en snelheid direct voor en na de impact waren hetzelfde voor alle tests. Het verkregen eindresultaat staat in de grafiek van de versnelling in de tijd.

Welk gordelmodel biedt het laagste risico op inwendig letsel voor de bestuurder?

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

Zie antwoord

Correct alternatief: b) 2.

Het probleem leert ons dat de kracht die wordt uitgeoefend door de veiligheidsgordel ernstige verwondingen kan veroorzaken bij frontale botsingen.

Daarom moeten we onder de gepresenteerde modellen en onder dezelfde omstandigheden degene identificeren die een minder intense kracht op de passagier zal uitoefenen.

Volgens de tweede wet van Newton hebben we dat de resulterende kracht gelijk is aan het product van massa en versnelling:

F_R = m. De

Omdat het experiment is uitgevoerd met poppen van dezelfde massa, zal de laagste resulterende kracht op de passagier optreden wanneer de maximale versnelling ook kleiner is.

Als we de grafiek bekijken, stellen we vast dat deze situatie zich zal voordoen in band 2.

Zie ook: De tweede wet van Newton

vraag 6

(PUC/SP - 2018) Een kubisch, massief en homogeen object, met een massa gelijk aan 1500 g, staat stil op een vlak en horizontaal oppervlak. De statische wrijvingscoëfficiënt tussen het object en het oppervlak is gelijk aan 0,40. Een kracht F, horizontaal op het oppervlak, wordt aangebracht over het zwaartepunt van dat object.

Welke grafiek geeft het beste de intensiteit van de statische wrijvingskracht F. weer_wrijving als functie van de intensiteit F van de uitgeoefende kracht? Overweeg de krachten die betrokken zijn bij SI-eenheden.

Zie antwoord

Correct alternatief: c.

In de situatie die door het probleem wordt voorgesteld, is het lichaam in rust, dus de versnelling is gelijk aan 0. Gezien de 2e wet van Newton (F_R = m. a), dan is de nettokracht ook gelijk aan nul.

Zoals beschreven in het probleem, werkt er kracht F en wrijvingskracht op het lichaam. Daarnaast hebben we ook de werking van gewichtskracht en normaalkracht.

In de onderstaande figuur presenteren we het diagram van deze krachten:

Op de horizontale as, terwijl het lichaam in rust blijft, hebben we de volgende situatie:

F_R = F - F_wrijving = 0 ⇒ F = F_wrijving

Deze voorwaarde zal waar zijn totdat de waarde van kracht F de intensiteit van de maximale wrijvingskracht bereikt.

De maximale wrijvingskracht wordt gevonden door de formule:

Uit de bovenstaande figuur zien we dat de waarde van de normaalkracht gelijk is aan de intensiteit van de gewichtskracht, aangezien het lichaam in rust is op de verticale as. Dan:

N = P = m. g

Voordat we de waarden vervangen, moeten we de massawaarde omrekenen naar het internationale systeem, namelijk 1500 g = 1,5 kg.

N = 1,5. 10 = 15 N

Dus de waarde van F_wrijvingsmax wordt gevonden door te doen:

F_wrijvingsmax= 0,4. 15 = 6 N

Daarom is de F_wrijving op het lichaam zal het gelijk zijn aan kracht F totdat het de waarde van 6N bereikt, wanneer het lichaam op het punt staat te bewegen.

vraag 7

(Enem - 2016) Een uitvinding die een grote technologische vooruitgang betekende in de Oudheid, de samengestelde katrol of de associatie van katrollen, wordt toegeschreven aan Archimedes (287 a.. tot 212 u. .). Het apparaat bestaat uit het koppelen van een reeks mobiele katrollen aan een vaste katrol. De figuur illustreert een mogelijke opstelling voor dit apparaat. Naar verluidt zou Archimedes aan koning Hieram een ​​andere opstelling van dit apparaat hebben gedemonstreerd, alleen bewegend over de zand op het strand, een schip vol passagiers en vracht, iets dat onmogelijk zou zijn zonder de deelname van velen Heren. Stel dat de massa van het schip 3000 kg was, de statische wrijvingscoëfficiënt tussen het schip en het zand 0,8 en dat Archimedes het schip met een kracht , evenwijdig aan de bewegingsrichting en met een modulus gelijk aan 400 N. Overweeg de ideale draden en katrollen, zwaartekrachtversnelling gelijk aan 10 m/s² en dat het strandoppervlak perfect horizontaal is.

Het minimale aantal mobiele katrollen dat in deze situatie door Archimedes werd gebruikt, was:

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

Zie antwoord

Correct alternatief: b) 6.

De krachten die op de boot inwerken, zijn weergegeven in het onderstaande diagram:

Uit het diagram zien we dat de boot, om uit de rust te komen, vereist dat de trekkracht T groter is dan de maximale statische wrijvingskracht. Om de waarde van deze kracht te berekenen, gebruiken we de formule:

In deze situatie is de gewichtsmodulus gelijk aan de normaalkrachtmodulus, we hebben:

Ter vervanging van de geïnformeerde waarden, hebben we:

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

We weten dat de kracht F uitgeoefend door Archimedes gelijk was aan 400 N, dus deze kracht moet met een bepaalde factor worden vermenigvuldigd zodat het resultaat groter is dan 2400 N.

Elke gebruikte mobiele katrol verdubbelt de krachtwaarde, dat wil zeggen, als een kracht gelijk is aan F, zal de trekkracht (de kracht die de boot zal trekken) gelijk zijn aan 2F.

Met behulp van de probleemgegevens hebben we de volgende situatie:

• 1 katrol → 400. 2 = 400. 2¹ = 800 N
• 2 katrollen → 400. 2. 2 = 400. 2 ² = 1600 N
• 3 katrollen → 400. 2. 2. 2 = 400. 2³ = 3200 N
• n katrollen → 400. 2^Nee > 24.000 N (om uit rust te komen)

We moeten dus de waarde van n weten, dus:

We weten dat 2⁵ = 32 en die 2⁶ = 64, omdat we het minimum aantal bewegende katrollen willen vinden, dan is het met 6 katrollen mogelijk om de boot te verplaatsen.

Daarom was het minimum aantal mobiele katrollen dat in deze situatie door Archimedes werd gebruikt 6.

vraag 8

(UERJ - 2018) In een experiment zijn blokken I en II, met massa's gelijk aan respectievelijk 10 kg en 6 kg, onderling verbonden door een ideale draad. Eerst wordt een kracht van intensiteit F gelijk aan 64 N uitgeoefend op blok I, waardoor een spanning T op de draad wordt gegenereerd._DE. Vervolgens wordt een kracht van dezelfde intensiteit F uitgeoefend op blok II, waardoor tractie T. wordt geproduceerd_B. Kijk naar de schema's:

Afgezien van de wrijving tussen de blokken en het oppervlak S, de verhouding tussen de tracties the betekent:

Zie antwoord

Correct alternatief: .

Door de tweede wet van Newton en de wet van actie en reactie (de derde wet van Newton) toe te passen, kunnen we de systemen voor elke situatie schrijven:

1e situatie

2e situatie

Merk op dat in beide situaties de versnellingswaarde hetzelfde zal zijn, aangezien de kracht F gelijk is en de massa's ook hetzelfde blijven.

Door de waarden te vervangen en de versnelling te berekenen, hebben we:

Als we de versnellingswaarde kennen, kunnen we de waarden van de tracties berekenen:

T_DE = m_II. De
T_DE = 6. 4 = 24 N

T_B = m_ik . De
T_B = 10. 4 = 40 N

Als we de verhouding tussen de trekken berekenen, vinden we:

Daarom komt de verhouding tussen de trekken overeen met .

Voor meer informatie, zie ook:

• De derde wet van Newton
• sterkte gewicht
• Normale kracht