W Prawa Newtona obejmują trzy prawa mechaniki klasycznej: prawo bezwładności, podstawowe prawo dynamiki oraz prawo akcji i reakcji.
Sprawdź swoją wiedzę za pomocą 8 pytań poniżej i nie przegap okazji, aby wyjaśnić swoje wątpliwości, postępując zgodnie z postanowieniami po otrzymaniu opinii.
Pytanie 1
Odnieś trzy prawa Newtona do ich stwierdzeń.
- Pierwsze prawo Newtona
- Drugie prawo Newtona
- Trzecie Prawo Newtona
Określa, że siła wypadkowa jest równa iloczynowi masy i przyspieszenia ciała.
Stwierdza, że na każde działanie istnieje reakcja o tej samej intensywności, w tym samym kierunku i w przeciwnym kierunku.
Wskazuje, że ciało ma tendencję do pozostawania w stanie spoczynku lub w jednostajnym ruchu prostoliniowym, chyba że działa na nie siła wypadkowa.
Prawidłowa odpowiedź: (2); (3) i (1).
prawo bezwładności (1. Prawo Newtona): wskazuje, że ciało ma tendencję do pozostawania w stanie spoczynku lub w jednostajnym ruchu prostoliniowym, chyba że zacznie na nie działać siła wypadkowa.
Podstawowe prawo dynamiki (2. Prawo Newtona): określa, że wypadkowa siła jest równa iloczynowi masy i przyspieszenia ciała.
prawo akcji i reakcji (3. Prawo Newtona): stwierdza, że na każde działanie jest reakcja o tej samej intensywności, w tym samym kierunku iw przeciwnym kierunku.
pytanie 2
(UFRGS - 2017) Do ciała o masie m przyłożona jest siła 20 N. Ciało porusza się po linii prostej z prędkością rosnącą o 10 m/s co 2 s. Jaka jest wartość w kg masy m?
a) 5.
b) 4.
c) 3.
d) 2.
e) 1.
Prawidłowa alternatywa: b) 4.
Aby znaleźć wartość masy, zastosujmy drugie prawo Newtona. W tym celu najpierw musimy obliczyć wartość przyspieszenia.
Ponieważ przyspieszenie jest równe wartości zmiany prędkości podzielonej przez przedział czasu, mamy:
Wymiana znalezionych wartości:
Dlatego masa ciała wynosi 4 kg.
pytanie 3
(UERJ - 2013) Drewniany klocek jest wyważony na płaszczyźnie nachylonej pod kątem 45º w stosunku do podłoża. Natężenie siły, jaką blok wywiera prostopadle do pochylonej płaszczyzny, wynosi 2,0 N.
Pomiędzy blokiem a pochyloną płaszczyzną intensywność siły tarcia w niutonach jest równa:
a) 0,7
b) 1,0
c) 1,4
d) 2,0
Prawidłowa alternatywa: d) 2.0.
Na poniższym schemacie przedstawiamy sytuację proponowaną w zadaniu oraz siły działające w bloku:
Ponieważ blok znajduje się w równowadze na płaszczyźnie pochyłej, siła wypadkowa zarówno na osi x, jak i na osi y jest równa zeru.
Mamy więc następujące równości:
fatarcie = P. sen 45th
N = P. bo 45th
Jeżeli N jest równe 2 N, a sin 45° jest równe cos 45°, to:
fatarcie = N = 2 niutony
Dlatego pomiędzy blokiem a pochyloną płaszczyzną siła tarcia jest równa 2,0 N.
Zobacz też:
równia pochyła
Siła tarcia
pytanie 4
(UFRGS - 2018) Przeciąganie liny to aktywność sportowa, w której dwie drużyny, A i B, ciągną linę za przeciwne końce, jak pokazano na poniższym rysunku.
Załóżmy, że lina jest ciągnięta przez zespół A z siłą poziomą modulo 780 N i przez zespół B z siłą poziomą modulo 720 N. W pewnym momencie lina pęka. Sprawdź alternatywę, która poprawnie wypełnia puste pola w poniższym oświadczeniu, w kolejności, w jakiej się pojawiają.
Siła wypadkowa działająca na strunę w chwili tuż przed zerwaniem ma moduł 60 N i wskazuje na ________. Moduły przyspieszeń drużyn A i B, w chwili bezpośrednio po zerwaniu liny, wynoszą odpowiednio ________ przy założeniu, że każda drużyna ma masę 300 kg.
a) w lewo - 2,5 m/s2 i 2,5 m/s2
b) w lewo - 2,6 m/s2 i 2,4 m/s2
c) w lewo - 2,4 m/s2 i 2,6 m/s2
d) w prawo - 2,6 m/s2 i 2,4 m/s2
e) w prawo - 2,4 m/s2 i 2,6 m/s2
Prawidłowa alternatywa: b) w lewo - 2,6 m/s2 i 2,4 m/s2.
Wynikowa siła wskazuje kierunek największej siły, która w tym przypadku jest siłą wywieraną przez zespół A. Dlatego jego kierunek jest w lewo.
W chwili, gdy struna pęknie, możemy obliczyć wartość przyspieszenia, jaką każdy zespół uzyskał dzięki drugiemu prawu Newtona. Więc mamy:
Dlatego tekst z poprawnie wypełnionymi lukami to:
Siła wypadkowa działająca na linę w chwili bezpośrednio przed zerwaniem ma moduł 60 N i wskazuje na lewo. Moduły przyspieszeń zespołów A i B, w chwili bezpośrednio po zerwaniu liny, to odpowiednio 2,6 m/s2 i 2,4 m/s2przy założeniu, że każda drużyna ma masę 300 kg.
Zobacz też: Prawa Newtona
pytanie 5
(Enem - 2017) W zderzeniu czołowym dwóch samochodów siła wywierana przez pas bezpieczeństwa na klatkę piersiową i brzuch kierowcy może spowodować poważne uszkodzenie narządów wewnętrznych. Mając na uwadze bezpieczeństwo swojego produktu, producent samochodów przeprowadził testy na pięciu różnych modelach pasów. Testy symulowały zderzenie w ciągu 0,30 sekundy, a lalki reprezentujące pasażerów wyposażono w akcelerometry. To urządzenie rejestruje moduł opóźnienia lalki w funkcji czasu. Parametry takie jak masa lalki, wymiary pasa i prędkość tuż przed i po uderzeniu były takie same we wszystkich testach. Otrzymany wynik końcowy znajduje się na wykresie przyspieszenia w czasie.
Który model pasa zapewnia kierowcy najniższe ryzyko obrażeń wewnętrznych?
do 1
b) 2
c) 3
d) 4
e) 5
Prawidłowa alternatywa: b) 2.
Problem mówi nam, że siła wywierana przez pas bezpieczeństwa może spowodować poważne obrażenia w zderzeniach czołowych.
Dlatego musimy wśród przedstawionych modeli i w tych samych warunkach zidentyfikować ten, który będzie oddziaływał na pasażera z mniejszą siłą.
Z drugiego prawa Newtona wynika, że wypadkowa siła jest równa iloczynowi masy i przyspieszenia:
faR = m.
Ponieważ eksperyment przeprowadzono z wykorzystaniem kukiełek o tej samej masie, to najmniejsza wypadkowa siła działająca na pasażera wystąpi, gdy maksymalne przyspieszenie będzie również mniejsze.
Obserwując wykres, stwierdzamy, że taka sytuacja wystąpi w pasie 2.
Zobacz też: Drugie prawo Newtona
pytanie 6
(PUC/SP - 2018) Sześcienny, masywny i jednorodny obiekt o masie 1500 g spoczywa na płaskiej i poziomej powierzchni. Współczynnik tarcia statycznego pomiędzy obiektem a powierzchnią wynosi 0,40. Siła fa, poziomo do powierzchni, jest nakładany na środek masy tego obiektu.
Który wykres najlepiej przedstawia intensywność statycznej siły tarcia Ftarcie w funkcji natężenia F przyłożonej siły? Rozważ siły występujące w jednostkach SI.
Prawidłowa alternatywa: c.
W sytuacji proponowanej przez problem ciało jest w spoczynku, więc jego przyspieszenie jest równe 0. Biorąc pod uwagę drugie prawo Newtona (FR = m. a), wtedy siła wypadkowa również będzie równa zeru.
Jak opisano w zadaniu, na ciało działa siła F i siła tarcia. Dodatkowo mamy również działanie siły ciężaru i siły normalnej.
Na poniższym rysunku przedstawiamy wykres tych sił:
Na osi poziomej, dopóki ciało pozostaje w spoczynku, mamy następującą sytuację:
faR = F - Ftarcie = 0 ⇒ F = Ftarcie
Warunek ten będzie spełniony, dopóki wartość siły F nie osiągnie intensywności maksymalnej siły tarcia.
Maksymalną siłę tarcia określa wzór:
Z powyższego rysunku widzimy, że wartość siły normalnej jest równa natężeniu siły ciężaru, ponieważ ciało spoczywa na osi pionowej. Następnie:
N = P = m. sol
Przed podmianą wartości musimy przekształcić wartość masy do układu międzynarodowego tj. 1500 g = 1,5 kg.
N = 1,5. 10 = 15 N
Zatem wartość Ftarciemax można znaleźć wykonując:
fatarciemax= 0,4. 15 = 6 N
Dlatego Ftarcie na ciele będzie równa sile F, aż osiągnie wartość 6N, kiedy ciało znajdzie się na granicy ruchu.
pytanie 7
(Enem - 2016) Wynalazek, który oznaczał wielki postęp technologiczny w starożytności, kompozytowe koło pasowe lub połączenie krążków, przypisuje się Archimedesowi (287 a. DO. do 212 DO.). Urządzenie składa się z połączenia szeregu ruchomych krążków z krążkiem stałym. Rysunek ilustruje możliwy układ tego urządzenia. Podobno Archimedes zademonstrował królowi Hieramowi inny układ tego aparatu, poruszający się samotnie nad. piasek na plaży, statek pełen pasażerów i ładunku, coś, co byłoby niemożliwe bez udziału wielu osób mężczyźni. Załóżmy, że masa statku wynosiła 3000 kg, współczynnik tarcia statycznego między statkiem a piaskiem wynosił 0,8, a Archimedes pociągnął statek z siłą , równolegle do kierunku ruchu i z modułem równym 400 N. Rozważ idealne liny i koła pasowe, przyspieszenie ziemskie równe 10 m/s2 i że powierzchnia plaży jest idealnie pozioma.
Minimalna liczba ruchomych bloczków stosowanych w tej sytuacji przez Archimedesa wynosiła:
a) 3.
b) 6.
c) 7.
d) 8.
e) 10.
Prawidłowa alternatywa: b) 6.
Siły działające na łódź są przedstawione na poniższym schemacie:
Z wykresu widać, że łódź, aby wybudzić się, wymaga siły pociągowej T większej niż maksymalna siła tarcia statycznego. Do obliczenia wartości tej siły posłużymy się wzorem:
W tej sytuacji moduł wagi jest równy modułowi siły normalnej, mamy:
Zastępując podane wartości mamy:
fatarcie maks = 0,8. 3000. 10 = 24 000 N
Wiemy, że siła F wywierana przez Archimedesa była równa 400 N, więc siła ta musi być pomnożona przez pewien współczynnik, aby jej wynik był większy niż 2400 N.
Każde zastosowane mobilne koło pasowe podwaja wartość siły, czyli czyniąc siłę równą F, siła trakcyjna (siła, która będzie ciągnęła łódź) będzie równa 2F.
Korzystając z danych problemowych, mamy następującą sytuację:
- 1 koło pasowe → 400. 2 = 400. 21 = 800 N
- 2 koła pasowe → 400. 2. 2 = 400. 2 2 = 1600 N
- 3 koła pasowe → 400. 2. 2. 2 = 400. 23 = 3200 N
- n kół pasowych → 400. 2Nie > 24 000 N (do wyjścia z spoczynku)
Zatem musimy znać wartość n, więc:
Wiemy, że 25 = 32 i że 26 = 64, ponieważ chcemy znaleźć minimalną liczbę ruchomych bloczków, to za pomocą 6 bloczków będzie można poruszyć łodzią.
W związku z tym minimalna liczba krążków ruchomych stosowanych w tej sytuacji przez Archimedesa wynosiła 6.
pytanie 8
(UERJ - 2018) W eksperymencie bloki I i II o masach odpowiednio 10 kg i 6 kg są połączone idealnym przewodem. Najpierw do bloku I przykładana jest siła o natężeniu F równym 64 N, wytwarzając napięcie T na drucie.TEN. Następnie do bloku II przyłożona jest siła o tej samej intensywności F, wytwarzająca trakcję Tb. Spójrz na schematy:
Pomijając tarcie między klockami a powierzchnią S, stosunek trakcji oznacza:
Prawidłowa alternatywa: .
Stosując drugie prawo Newtona oraz prawo akcji i reakcji (trzecie prawo Newtona), możemy napisać układy dla każdej sytuacji:
1. sytuacja
Druga sytuacja
Zauważ, że w obu sytuacjach wartość przyspieszenia będzie taka sama, ponieważ siła F jest równa i masy również pozostaną takie same.
Zastępując wartości i obliczając przyspieszenie mamy:
Znając wartość przyspieszenia możemy obliczyć wartości trakcji:
TTEN = mII.
TTEN = 6. 4 = 24 N
Tb = mja .
Tb = 10. 4 = 40 N
Obliczając stosunek podciągnięć, znajdujemy:
W związku z tym stosunek podciągnięć odpowiada .
Aby dowiedzieć się więcej, zobacz także:
- Trzecie prawo Newtona
- siła waga
- Normalna siła