Drugie prawo Newtona stanowi, że przyspieszenie uzyskane przez ciało jest wprost proporcjonalne do wypadkowej sił działających na nie.
Ponieważ przyspieszenie reprezentuje zmianę prędkości w jednostce czasu, drugie prawo wskazuje, że siły są czynnikami, które powodują zmiany prędkości w ciele.
Nazywana również fundamentalną zasadą dynamiki, została wymyślona przez Izaaka Newtona i wraz z dwoma innymi prawami (pierwszym prawem oraz działaniem i reakcją) stanowi podstawę mechaniki klasycznej.
Formuła
Matematycznie przedstawiamy drugie prawo jako:
Gdzie,
Siła i przyspieszenie są wielkościami wektorowymi, więc są reprezentowane przez strzałkę nad literami, które je wskazują.
Jako wielkości wektorowe, aby były w pełni zdefiniowane, potrzebują wartości liczbowej, jednostki miary, kierunku i kierunku. Kierunek i kierunek przyspieszenia będą takie same jak siła wypadkowa.
W drugim prawie masa ciała (m) jest stałą proporcjonalności równania i jest miarą bezwładności ciała.
W ten sposób, jeśli przyłożymy tę samą siłę do dwóch ciał o różnych masach, to to o największej masie dozna mniejszego przyspieszenia. Stąd wnioskujemy, że ten o większej masie jest bardziej odporny na zmiany prędkości, dlatego ma większą bezwładność.
Przykład:
Ciało o masie 15 kg porusza się z przyspieszeniem modułowym równym 3 m/s2. Jaka jest wielkość siły wypadkowej działającej na ciało?
Moduł siły zostanie znaleziony stosując II prawo, więc mamy:
faR = 15. 3 = 45 N
Trzy prawa Newtona
fizyk i matematyk Izaak Newton (1643-1727) sformułował podstawowe prawa mechaniki, w których opisuje ruchy i ich przyczyny. Trzy prawa zostały opublikowane w 1687 r. w dziele „Matematyczne zasady filozofii naturalnej”.
Pierwsze prawo Newtona
Newton opierał się na pomysłach Galileusz o bezwładności do sformułowania pierwszego prawa, dlatego nazywa się je również prawem bezwładności i można je określić:
W przypadku braku sił ciało w spoczynku pozostaje w spoczynku, a ciało w ruchu porusza się po linii prostej ze stałą prędkością.
Krótko mówiąc, Pierwsze prawo Newtona wskazuje, że obiekt nie może sam zainicjować ruchu, zatrzymać lub zmienić kierunku. Potrzeba działania siły, aby wywołać zmiany w jej stanie spoczynku lub ruchu.
Trzecie prawo Newtona
TEN Trzecie prawo Newtona jest to Prawo „Akcji i Reakcji”. Oznacza to, że na każde działanie odpowiada reakcja o tej samej intensywności, w tym samym kierunku iw przeciwnym kierunku. Zasada działania i reakcji analizuje interakcje zachodzące między dwoma ciałami.
Kiedy jakieś ciało cierpi na działanie siły, inne odbierze jej reakcję. Ponieważ para akcja-reakcja występuje w różnych ciałach, siły nie równoważą się.
Dowiedz się więcej na:
- Trzy prawa Newtona
- Powaga
- Czym jest bezwładność w fizyce?
- Wzory fizyki
- Ilość ruchu
- równia pochyła
Rozwiązane ćwiczenia
1) UFRJ-2006
Blok o masie m jest opuszczany i podnoszony za pomocą idealnego drutu. Początkowo blok jest opuszczany ze stałym pionowym przyspieszeniem w dół o module a (hipotetycznie mniejszym niż moduł g przyspieszenia ziemskiego), jak pokazano na rysunku 1. Następnie blok jest podnoszony ze stałym przyspieszeniem pionowym do góry, również modułu a, jak pokazano na rysunku 2. Niech T będzie naprężeniem nitki na dole, a T’ naprężeniem nitki na dole.
Wyznacz stosunek T’/T jako funkcję a i g.
W pierwszej sytuacji, gdy blok się opada, ciężar jest większy niż przyczepność. Mamy więc, że siła wypadkowa będzie: FR=P - T
W drugiej sytuacji przy wchodzeniu w górę T' będzie większy niż ciężar, czyli: FR=T' - P
Stosując II prawo Newtona i pamiętając, że P = m.g, mamy:
Dzieląc (2) przez (1), znajdujemy żądany powód:
2) Mackenzie-2005
Nadwozie 4,0 kg jest podnoszone za pomocą liny, która zapewnia maksymalną przyczepność 50N. Przyjęcie g = 10m/s2, największe pionowe przyspieszenie, jakie można przyłożyć ciału, ciągnąc je za ten drut, wynosi:
a) 2,5m/s2
b) 2,0m/s2
c) 1,5m/s2
d) 1,0m/s2
e) 0,5m/s2
T - P = m. a (ciało jest podnoszone, więc T>P)
Ponieważ maksymalna przyczepność wynosi 50 N i P = m. g = 4. 10 = 40 N, największym przyspieszeniem będzie:
Alternatywa do: 2,5 m/s2
3) PUC/MG-2007
Na rysunku blok A ma masę mTEN = 80 kg i blok B, masa mb = 20 kg. Tarcie i bezwładność drutu i koła pasowego są nadal pomijalne i uwzględnia się g = 10m/s.2 .
Odnośnie przyspieszenia bloku B można powiedzieć, że będzie to:
a) 10 m/s2 na dół.
b) 4,0 m/s2 w górę.
c) 4,0 m/s2 na dół.
d) 2,0 m/s2 na dół.
Waga B to siła odpowiedzialna za przesuwanie klocków w dół. Rozpatrując bloki jako pojedynczy system i stosując II prawo Newtona mamy:
Pb = (mTEN + mb).
Alternatywa d: 2,0 m/s2 na dół
4) Fatec-2006
Dwa bloki A i B o masie odpowiednio 10 kg i 20 kg, połączone nitką o znikomej masie, spoczywają na płaszczyźnie poziomej bez tarcia. Siła, również pozioma, o natężeniu F = 60N jest przyłożona do bloku B, jak pokazano na rysunku.
Obowiązuje moduł siły trakcyjnej w drucie, który łączy oba bloki, w niutonach
a) 60
b) 50
c) 40
d) 30
e) 20
Biorąc pod uwagę dwa bloki jako jeden system, mamy: F = (mTEN + mb). a podstawiając wartości znajdujemy wartość przyspieszenia:
Znając wartość przyspieszenia, możemy obliczyć wartość napięcia na przewodzie, użyjmy do tego bloku A:
T=mTEN .
T = 10. 2 = 20 N
Alternatywa e: 20 N
5) IT-1996
Robiąc zakupy w supermarkecie, student korzysta z dwóch wózków. Popycha pierwszą, o masie m, siłą poziomą F, która z kolei popycha drugą o masie M na płaską, poziomą podłogę. Jeśli można pominąć tarcie między wózkami a podłogą, można powiedzieć, że siła przyłożona do drugiego wózka wynosi:
a) F
b) MF / (m + M)
c) F (m + M) / M
d) F / 2
e) inne inne wyrażenie
Biorąc pod uwagę dwa wózki jako jeden system, mamy:
Aby obliczyć siłę działającą na drugi wózek, ponownie wykorzystajmy drugie prawo Newtona do równania drugiego wózka:
Alternatywa b: MF/(m+M)
