Legile lui Newton: exerciții comentate și rezolvate

La Legile lui Newton cuprinde trei legi ale mecanicii clasice: legea inerției, legea fundamentală a dinamicii și legea acțiunii și reacției.

Testați-vă cunoștințele cu 8 întrebări mai jos și nu ratați ocazia de a vă clarifica îndoielile urmând rezoluțiile după feedback.

intrebarea 1

Relaționează cele trei legi ale lui Newton cu declarațiile lor respective.

Prima lege a lui Newton
A doua lege a lui Newton
A treia lege a lui Newton

paranteză stângă spațiu spațiu spațiu spațiu paranteză dreaptă Determină că forța netă este egală cu produsul masei și accelerația corpului.

paranteză stângă spațiu spațiu spațiu spațiu paranteză dreaptă Se afirmă că la fiecare acțiune există o reacție de aceeași intensitate, aceeași direcție și direcție opusă.

paranteză stângă spațiu spațiu spațiu spațiu paranteză dreaptă Indică faptul că un corp tinde să rămână în starea sa de repaus sau în mișcare rectilinie uniformă, cu excepția cazului în care o forță rezultantă acționează asupra lui.

Vezi Răspuns

Răspuns corect: (2); (3) și (1).

legea inerției (Legea 1 a lui Newton): indică faptul că un corp tinde să rămână în starea sa de repaus sau în mișcare rectilinie uniformă, cu excepția cazului în care o forță rezultată începe să acționeze asupra lui.

instagram story viewer

Legea fundamentală a dinamicii (Legea a 2-a a lui Newton): determină că forța rezultată este egală cu produsul masei și al accelerației corpului.

legea acțiunii și reacției (Legea a 3-a a lui Newton): afirmă că fiecare acțiune are o reacție de aceeași intensitate, aceeași direcție și direcție opusă.

intrebarea 2

(UFRGS - 2017) O forță de 20 N se aplică unui corp cu masa m. Corpul se mișcă în linie dreaptă cu o viteză care crește cu 10 m / s la fiecare 2 s. Care este valoarea, în kg, a masei m?

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

Vezi Răspuns

Alternativă corectă: b) 4.

Pentru a găsi valoarea masei, să aplicăm a doua lege a lui Newton. Pentru aceasta, trebuie mai întâi să calculăm valoarea accelerației.

Deoarece accelerația este egală cu valoarea variației vitezei împărțită la intervalul de timp, avem:

a este egal cu 10 peste 2 este egal cu 5 m împărțit la s pătrat

Înlocuirea valorilor găsite:

F este egal cu m. a 20 este egal cu m.5 m este egal cu 20 peste 5 este egal cu 4 spațiu k g

Prin urmare, masa corporală este de 4 kg.

întrebarea 3

(UERJ - 2013) Un bloc de lemn este echilibrat pe un plan înclinat de 45º în raport cu solul. Intensitatea forței pe care o exercită blocul perpendicular pe planul înclinat este egală cu 2,0 N.

Între bloc și plan înclinat, intensitatea forței de frecare, în newtoni, este egală cu:

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

Vezi Răspuns

Alternativă corectă: d) 2.0.

În diagrama de mai jos reprezentăm situația propusă în problemă și forțele care acționează în bloc:

Deoarece blocul este în echilibru pe planul înclinat, forța netă atât pe axa x, cât și pe axa y este egală cu zero.

Astfel, avem următoarele egalități:

f_frecare = P. sen 45th
N = P. pentru că al 45-lea

Dacă N este egal cu 2 N și sin 45 ° este egal cu cos 45 °, atunci:

f_frecare = N = 2 newtoni

Prin urmare, între bloc și planul înclinat, intensitatea forței de frecare este egală cu 2,0 N.

Vezi și tu:

plan înclinat

Forța de frecare

întrebarea 4

(UFRGS - 2018) Remorcherul este o activitate sportivă în care două echipe, A și B, trag o frânghie de capetele opuse, așa cum se arată în figura de mai jos.

Să presupunem că frânghia este trasă de echipa A cu o forță orizontală de modul 780 N și de echipa B cu o forță orizontală de modulo 720 N. La un moment dat, frânghia se rupe. Verificați alternativa care completează corect spațiile libere din enunțul de mai jos, în ordinea în care apar.

Forța netă pe coardă, în momentul imediat înainte de pauză, are un modul de 60 N și indică ________. Modulele de accelerații ale echipelor A și B, în momentul imediat după ruperea frânghiei, sunt, respectiv, ________, presupunând că fiecare echipă are o masă de 300 kg.

a) stânga - 2,5 m / s² și 2,5 m / s²
b) stânga - 2,6 m / s² și 2,4 m / s²
c) stânga - 2,4 m / s² și 2,6 m / s²
d) dreapta - 2,6 m / s² și 2,4 m / s²
e) dreapta - 2,4 m / s² și 2,6 m / s²

Vezi Răspuns

Alternativă corectă: b) stânga - 2,6 m / s² și 2,4 m / s².

Forța rezultată indică direcția celei mai mari forțe, care în acest caz este forța exercitată de echipa A. Prin urmare, direcția sa este spre stânga.

În momentul imediat după ce șirul se fixează, putem calcula cantitatea de accelerație dobândită de fiecare echipă prin a doua lege a lui Newton. Deci avem:

F cu un indice egal cu m. a cu indicele A 780 egal cu 300. a cu indicele A a cu indicele A egal cu 780 peste 300 a cu indicele A egal cu 2 virgule 6 spațiu m împărțit la s pătrat

F cu indicele B egal cu m. a cu indicele B 720 egal cu 300. a cu indicele B a cu indicele B egal cu 720 peste 300 a cu indicele B egal cu 2 virgule 4 m spațiu împărțit la s pătrat

Prin urmare, textul cu golurile completate corect este:

Forța rezultată pe coardă, în momentul imediat înainte de pauză, are un modul de 60 N și indică stânga. Modulele de accelerații ale echipelor A și B, în momentul imediat după ruperea frânghiei, sunt, respectiv, 2,6 m / s² și 2,4 m / s², presupunând că fiecare echipă are o masă de 300 kg.

Vezi și tu: Legile lui Newton

întrebarea 5

(Enem - 2017) Într-o coliziune frontală între două mașini, forța pe care centura de siguranță o exercită asupra pieptului și abdomenului șoferului poate provoca daune grave organelor interne. Având în vedere siguranța produsului său, un producător auto a efectuat teste pe cinci modele diferite de curele. Testele au simulat o coliziune de 0,30 secunde, iar păpușile reprezentând ocupanții au fost echipate cu accelerometre. Acest echipament înregistrează modulul de decelerare a păpușii în funcție de timp. Parametrii precum masa păpușii, dimensiunile centurii și viteza imediat înainte și după impact au fost aceleași pentru toate testele. Rezultatul final obținut este în graficul accelerării în funcție de timp.

Ce model de centură oferă cel mai mic risc de rănire internă a șoferului?

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

Vezi Răspuns

Alternativă corectă: b) 2.

Problema ne spune că forța exercitată de centura de siguranță poate provoca răni grave în coliziuni frontale.

Prin urmare, trebuie să îl identificăm, printre modelele prezentate și în aceleași condiții, pe cel care va exercita o forță mai puțin intensă asupra pasagerului.

Prin a doua lege a lui Newton, avem că forța rezultată este egală cu produsul masei și al accelerației:

F_R = m.

Deoarece experimentul a fost realizat folosind marionete de aceeași masă, atunci cea mai mică forță rezultată asupra pasagerului va apărea atunci când accelerația maximă este, de asemenea, mai mică.

Observând graficul, identificăm că această situație se va produce în centura 2.

Vezi și tu: A doua lege a lui Newton

întrebarea 6

(PUC / SP - 2018) Un obiect cubic, masiv și omogen, cu o masă egală cu 1500 g, se află în repaus pe o suprafață plană și orizontală. Coeficientul de frecare statică dintre obiect și suprafață este egal cu 0,40. O forță F, orizontal pe suprafață, se aplică peste centrul de masă al obiectului respectiv.

Care grafic reprezintă cel mai bine intensitatea forței de frecare statică F_frecare în funcție de intensitatea F a forței aplicate? Luați în considerare forțele implicate în unitățile SI.

Vezi Răspuns

Alternativă corectă: c.

În situația propusă de problemă, corpul este în repaus, deci accelerația sa este egală cu 0. Având în vedere a doua lege a lui Newton (F_R= m. a), atunci și forța netă va fi egală cu zero.

După cum este descris în problemă, există forța F și forța de frecare care acționează asupra corpului. În plus, avem și acțiunea forței de greutate și a forței normale.

În figura de mai jos, vă prezentăm diagrama acestor forțe:

Pe axa orizontală, în timp ce corpul rămâne în repaus, avem următoarea situație:

F_R = F - F_frecare = 0 ⇒ F = F_frecare

Această condiție va fi adevărată până când valoarea forței F atinge intensitatea forței maxime de frecare.

Forța maximă de frecare se găsește prin formula:

F cu un t r i t o m á x subscript sfârșitul subscriptului egal cu mu cu e subscript. N

Din figura prezentată mai sus, observăm că valoarea forței normale este egală cu intensitatea forței de greutate, deoarece corpul este în repaus pe axa verticală. Atunci:

N = P = m. g

Înainte de a înlocui valorile, trebuie să transformăm valoarea masei în sistemul internațional, adică 1500 g = 1,5 kg.

N = 1,5. 10 = 15 N

Astfel, valoarea lui F_frictionmax va fi găsit făcând:

F_frictionmax= 0,4. 15 = 6 N

Prin urmare, F_frecare pe corp va fi egal cu forța F până când va atinge valoarea de 6N, când corpul va fi la un pas de mișcare.

întrebarea 7

(Enem - 2016) O invenție care a însemnat un mare avans tehnologic în Antichitate, scripetele compozit sau asocierea scripetelor, este atribuită lui Arhimede (287 a. Ç. la 212 a. Ç.). Aparatul constă în asocierea unei serii de scripete mobile cu o scripete fixă. Figura ilustrează un posibil aranjament pentru acest aparat. Se spune că Arhimede i-ar fi demonstrat regelui Hieram un alt aranjament al acestui aparat, deplasându-se singur, peste nisip pe plajă, o navă plină de pasageri și marfă, lucru care ar fi imposibil fără participarea multora bărbați. Să presupunem că masa navei a fost de 3000 kg, coeficientul de frecare statică dintre navă și nisip a fost de 0,8 și că Arhimede a tras nava cu o forță F cu indicatorul săgeată dreapta , paralel cu direcția de mișcare și cu un modul egal cu 400 N. Luați în considerare firele și scripetele ideale, accelerația gravitațională egală cu 10 m / s² și că suprafața plajei este perfect orizontală.

Numărul minim de scripete mobile utilizate, în această situație, de către Arhimede a fost

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

Vezi Răspuns

Alternativă corectă: b) 6.

Forțele care acționează pe barcă sunt reprezentate în diagrama de mai jos:

Din diagramă, observăm că barca, pentru a ieși din repaus, necesită forța de tractiune T să fie mai mare decât forța maximă de frecare statică. Pentru a calcula valoarea acestei forțe, vom folosi formula:

F cu un t r i t o m á x subscript sfârșitul subscriptului egal cu mu cu e subscript. N spațiu

În această situație, modulul greutății este egal cu modulul forței normale, avem:

F cu un t r i t o m á x subscript sfârșitul subscriptului egal cu mu cu e subscript. m. g

Înlocuind valorile informate, avem:

F_frecare_max= 0,8. 3000. 10 = 24 000 N

Știm că forța F exercitată de Arhimede a fost egală cu 400 N, deci această forță trebuie înmulțită cu un anumit factor astfel încât rezultatul ei să fie mai mare de 2400 N.

Fiecare scripete mobile utilizate dublează valoarea forței, adică făcând o forță egală cu F, forța de tracțiune (forța care va trage barca) va fi egală cu 2F.

Folosind datele problemei, avem următoarea situație:

1 scripete → 400. 2 = 400. 2¹ = 800 N
2 scripete → 400. 2. 2 = 400. 2 ² = 1600 N
3 fulii → 400. 2. 2. 2 = 400. 2³ = 3200 N
n scripete → 400. 2^Nu > 24.000 N (să iasă din odihnă)

Astfel, trebuie să cunoaștem valoarea lui n, deci:

$400.2 la puterea lui n mai mare de 24 spațiu 000 2 la puterea lui n mai mare decât numeratorul 24 spațiul 000 peste numitor 400 capătul fracției 2 la puterea lui n mai mare de 60$

Știm că 2⁵ = 32 și că 2⁶ = 64, deoarece vrem să găsim numărul minim de scripeți în mișcare, atunci folosind 6 scripeți va fi posibil să mutăm barca.

Prin urmare, numărul minim de scripete mobile utilizate, în această situație, de către Arhimede a fost de 6.

întrebarea 8

(UERJ - 2018) Într-un experiment, blocurile I și II, cu mase egale cu 10 kg și respectiv 6 kg, sunt interconectate printr-un fir ideal. La început, o forță de intensitate F egală cu 64 N este aplicată blocului I, generând o tensiune T pe fir._THE. Apoi, o forță de aceeași intensitate F se aplică blocului II, producând tracțiunea T_B. Uită-te la schemele:

Fără a lua în considerare fricțiunea dintre blocuri și suprafața S, raportul dintre tractiuni T cu indicele A peste T cu indicele B bold cursiv înseamnă:

un spațiu paranteză dreaptă 9 peste 10 b spațiu paranteză dreaptă 4 peste 7 c spațiu paranteză dreaptă 3 peste 5 d spațiu paranteză dreapta 8 peste 13

Vezi Răspuns

Alternativă corectă: c paranteză dreapta spațiu 3 peste 5 .

Aplicând a doua lege a lui Newton și legea acțiunii și reacției (a treia lege a lui Newton), putem scrie sistemele pentru fiecare situație:

Prima situatie

$numerator plus deschide taste atribute tabel aliniere coloană atribut final stâng rând rând com celula cu F minus diagonal striout în sus peste T cu Un sfârșit de index al strioutului egal cu m cu I abonat. sfârșitul rândului de celule cu celula cu T cu un indice egal cu m cu I I subscript sfârșitul subscriptului. sfârșitul celulei sfârșitul tabelei se închide pe numitorul F egal cu paranteză stângă m cu I subscript plus m cu I I subscript sfârșit de paranteză dreaptă. în ordinea fracției$

A 2-a situație

$numeratorul plus deschide tastele tabelului atributele alinierea coloanei capătul stâng al rândului atributelor cu celula cu F minus diagonală diagonală sus peste T cu indicele B sfârșitul diafragmei egal cu m cu I I subscript sfârșitul subscriptului sfârșitul rândului de celule cu celulă cu diagonală striout sus peste diagonală striout sus peste T cu B indică sfârșit de striout sfârșit de strikeout este egal cu m cu I subscript sfârșitul celulei sfârșitul tabelei se închide pe numitorul F este egal cu paranteză stângă m cu I subscript plus m cu I I subscript final de paranteză dreapta. în ordinea fracției$