Законы Ньютона: упражнения с комментариями и решением

В Законы Ньютона включают три закона классической механики: закон инерции, основной закон динамики и закон действия и противодействия.

Проверьте свои знания с 8 вопросов ниже и не упустите возможность прояснить свои сомнения, следуя решениям после обратной связи.

Вопрос 1

Свяжите три закона Ньютона с соответствующими утверждениями.

1. 1-й закон Ньютона
2. 2-й закон Ньютона
3. 3-й закон Ньютона

Определяет, что результирующая сила равна произведению массы и ускорения тела.

Он гласит, что на каждое действие есть реакция одинаковой интенсивности, того же направления и противоположного направления.

Указывает, что тело стремится оставаться в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении, если на него не действует равнодействующая сила.

См. Ответ

Правильный ответ: (2); (3) и (1).

закон инерции (1-й закон Ньютона): указывает на то, что тело стремится оставаться в состоянии покоя или в равномерном прямолинейном движении, если на него не действует равнодействующая сила.

Основной закон динамики (2-й закон Ньютона): определяет, что результирующая сила равна произведению массы и ускорения тела.

закон действия и противодействия (3-й закон Ньютона): гласит, что на каждое действие есть реакция одинаковой интенсивности, того же направления и противоположного направления.

вопрос 2

(УФРГС - 2017) К телу массой m приложена сила 20 Н. Тело движется по прямой со скоростью, которая увеличивается на 10 м / с каждые 2 с. Какое значение массы m в кг?

а) 5.
б) 4.
в) 3.
г) 2.
д) 1.

См. Ответ

Правильная альтернатива: б) 4.

Чтобы найти значение массы, применим второй закон Ньютона. Для этого нам сначала нужно рассчитать значение ускорения.

Поскольку ускорение равно величине изменения скорости, деленной на временной интервал, мы имеем:

Замена найденных значений:

Следовательно, масса тела составляет 4 кг.

вопрос 3

(UERJ - 2013) Деревянный блок балансируется на наклонной плоскости под углом 45º по отношению к земле. Интенсивность силы, которую блок оказывает перпендикулярно наклонной плоскости, равна 2,0 Н.

Между блоком и наклонной плоскостью интенсивность силы трения в ньютонах равна:

а) 0,7
б) 1.0
в) 1,4
г) 2,0

См. Ответ

Правильная альтернатива: г) 2.0.

На диаграмме ниже мы представляем ситуацию, предложенную в задаче, и силы, действующие в блоке:

Поскольку блок находится в равновесии на наклонной плоскости, результирующая сила как по оси x, так и по оси y равна нулю.

Таким образом, имеем следующие равенства:

ж_трение = П. сен 45-е
N = П. cos 45-е

Если N равно 2 Н и sin 45 ° равно cos 45 °, то:

ж_трение = N = 2 ньютона

Следовательно, между блоком и наклонной плоскостью интенсивность силы трения равна 2,0 Н.

Смотри тоже:

наклонная плоскость

Сила трения

вопрос 4

(UFRGS - 2018) Перетягивание каната - это спортивное мероприятие, в котором две команды, A и B, тянут веревку за противоположные концы, как показано на рисунке ниже.

Предположим, что веревка тянется командой A с горизонтальной силой по модулю 780 Н и командой B с горизонтальной силой по модулю 720 Н. В какой-то момент веревка обрывается. Отметьте альтернативу, которая правильно заполняет пробелы в приведенном ниже утверждении, в том порядке, в котором они появляются.

Чистая сила, действующая на струну в момент непосредственно перед разрывом, имеет модуль упругости 60 Н и указывает на ________. Модули ускорений команд A и B в момент сразу после разрыва веревки равны, соответственно, ________, при условии, что каждая команда имеет массу 300 кг.

а) слева - 2,5 м / с² и 2,5 м / с²
б) слева - 2,6 м / с² и 2,4 м / с²
в) слева - 2,4 м / с² и 2,6 м / с²
г) справа - 2,6 м / с² и 2,4 м / с²
д) справа - 2,4 м / с² и 2,6 м / с²

См. Ответ

Правильный вариант: б) слева - 2,6 м / с² и 2,4 м / с².

Результирующая сила указывает направление наибольшей силы, которая в данном случае является силой, прилагаемой командой A. Следовательно, его направление - влево.

В момент сразу после обрыва струны мы можем вычислить величину ускорения, полученного каждой командой, с помощью второго закона Ньютона. Итак, у нас есть:

Следовательно, текст с правильно заполненными пробелами выглядит так:

Результирующая сила на веревке в момент непосредственно перед разрывом имеет модуль упругости 60 Н и указывает на оставил. Модули ускорений команд А и В в момент сразу после разрыва веревки равны, соответственно, 2,6 м / с² и 2,4 м / с²при условии, что каждая команда имеет массу 300 кг.

Смотри тоже: Законы Ньютона

вопрос 5

(Enem - 2017) При лобовом столкновении двух автомобилей сила, которую ремень безопасности оказывает на грудь и живот водителя, может вызвать серьезные повреждения внутренних органов. Помня о безопасности своей продукции, производитель автомобилей провел испытания пяти различных моделей ремней. В ходе испытаний моделировалось столкновение за 0,30 секунды, а куклы, изображающие пассажиров, были оснащены акселерометрами. Это оборудование регистрирует модуль замедления куклы как функцию времени. Такие параметры, как масса куклы, размеры ремня и скорость непосредственно до и после удара, были одинаковыми для всех испытаний. Полученный окончательный результат отображается на графике ускорения от времени.

Какая модель ремня обеспечивает наименьший риск внутренних травм водителя?

к 1
Би 2
в) 3
г) 4
д) 5

См. Ответ

Правильная альтернатива: б) 2.

Проблема говорит нам о том, что сила, прилагаемая ремнем безопасности, может вызвать серьезные травмы при лобовом столкновении.

Следовательно, среди представленных моделей и при одинаковых условиях нам необходимо выделить ту, которая будет оказывать меньшее воздействие на пассажира.

Согласно второму закону Ньютона, результирующая сила равна произведению массы и ускорения:

F_р = м. В

Поскольку эксперимент проводился с использованием марионеток одинаковой массы, наименьшая результирующая сила на пассажира будет возникать при меньшем максимальном ускорении.

Наблюдая за графиком, мы идентифицируем, что такая ситуация произойдет в поясе 2.

Смотри тоже: Второй закон Ньютона

вопрос 6

(PUC / SP - 2018) Кубический, массивный и однородный объект массой 1500 г покоится на плоской горизонтальной поверхности. Коэффициент статического трения между объектом и поверхностью равен 0,40. Сила F, горизонтально к поверхности, применяется к центру масс этого объекта.

Какой график лучше всего отображает интенсивность силы статического трения F._трение как функция интенсивности F приложенной силы? Рассмотрим силы, задействованные в единицах СИ.

См. Ответ

Правильная альтернатива: c.

В ситуации, предложенной задачей, тело покоится, поэтому его ускорение равно 0. Учитывая 2-й закон Ньютона (F_р = м. а), то результирующая сила также будет равна нулю.

Как описано в задаче, на тело действуют сила F и сила трения. Кроме того, у нас также есть действие силы веса и нормальной силы.

На рисунке ниже мы представляем диаграмму этих сил:

По горизонтальной оси, пока тело остается в покое, мы имеем следующую ситуацию:

F_р = F - F_трение = 0 ⇒ F = F_трение

Это условие будет выполняться до тех пор, пока значение силы F не достигнет интенсивности максимальной силы трения.

Максимальная сила трения находится по формуле:

Из рисунка, представленного выше, мы замечаем, что значение нормальной силы равно интенсивности силы веса, так как тело покоится на вертикальной оси. Потом:

N = P = м. грамм

Перед заменой значений необходимо преобразовать значение массы в международную систему, т. Е. 1500 г = 1,5 кг.

N = 1,5. 10 = 15 Н

Таким образом, значение F_трение будет найдено, выполнив:

F_трение= 0,4. 15 = 6 Н

Следовательно, F_трение на теле будет равняться силе F до тех пор, пока не достигнет значения 6Н, когда тело окажется на грани движения.

вопрос 7

(Enem - 2016) Архимеду приписывают изобретение, которое означало великий технологический прогресс в древности, составной шкив или соединение шкивов (287 a. Ç. до 212 а. Ç.). Устройство состоит из соединения ряда подвижных шкивов с фиксированным шкивом. На рисунке показан пример возможного расположения этого устройства. Сообщается, что Архимед продемонстрировал царю Хиераму другое устройство этого аппарата, перемещаясь в одиночку над рекой. песок на пляже, корабль с пассажирами и грузом, что было бы невозможно без участия многих люди. Предположим, что масса корабля составляет 3000 кг, коэффициент трения покоя между кораблем и песком равен 0,8, и что Архимед тянет корабль с силой , параллельно направлению движения и с модулем, равным 400 Н. Рассмотрим идеальные тросы и шкивы, ускорение свободного падения 10 м / с.² и что поверхность пляжа идеально горизонтальна.

Минимальное количество подвижных шкивов, использованных в этой ситуации Архимедом, было

а) 3.
б) 6.
в) 7.
г) 8.
д) 10.

См. Ответ

Правильная альтернатива: б) 6.

Силы, действующие на лодку, представлены на диаграмме ниже:

Из диаграммы мы замечаем, что для выхода лодки из состояния покоя сила тяги T должна быть больше максимальной силы статического трения. Для расчета значения этой силы воспользуемся формулой:

В этой ситуации модуль веса равен модулю нормальной силы, имеем:

Заменив указанные значения, мы имеем:

F_{трение Максимум} = 0,8. 3000. 10 = 24 000 Н

Мы знаем, что сила F, приложенная Архимедом, была равна 400 Н, поэтому эту силу необходимо умножить на определенный коэффициент, чтобы результат был больше 2400 Н.

Каждый используемый подвижный шкив удваивает значение силы, то есть делая силу равной F, сила тяги (сила, которая будет тянуть лодку) будет равна 2F.

Используя данные о проблеме, мы имеем следующую ситуацию:

• 1 шкив → 400. 2 = 400. 2¹ = 800 Н
• 2 шкива → 400. 2. 2 = 400. 2 ² = 1600 Н
• 3 шкива → 400. 2. 2. 2 = 400. 2³ = 3200 Н
• n шкивов → 400. 2^нет > 24000 Н (выйти из состояния покоя)

Таким образом, нам нужно знать значение n, поэтому:

Мы знаем, что 2⁵ = 32 и что 2⁶ = 64, так как мы хотим найти минимальное количество движущихся шкивов, тогда с помощью 6 шкивов можно будет перемещать лодку.

Таким образом, минимальное количество подвижных шкивов, использованных Архимедом в данной ситуации, составляло 6.

вопрос 8

(UERJ - 2018) В эксперименте блоки I и II массой 10 кг и 6 кг соответственно соединены между собой идеальным проводом. Сначала к блоку I прикладывают силу силой F, равную 64 Н, создавая натяжение T на проволоке._THE. Затем к блоку II прикладывается сила такой же интенсивности F, создавая тягу T_B. Взгляните на схемы:

Без учета трения между блоками и поверхностью S соотношение между тяговыми усилиями означает:

См. Ответ

Правильная альтернатива: .

Применяя второй закон Ньютона и закон действия и противодействия (третий закон Ньютона), мы можем записать системы для каждой ситуации:

1-я ситуация

2-я ситуация

Обратите внимание, что в обеих ситуациях значение ускорения будет одинаковым, поскольку сила F равна, а массы также останутся прежними.

Подставляя значения и вычисляя ускорение, имеем:

Зная величину ускорения, можно рассчитать значения тяги:

Т_THE = м_II. В
Т_THE = 6. 4 = 24 Н

Т_B = м_я . В
Т_B = 10. 4 = 40 Н

Рассчитывая соотношение тяговых усилий, находим:

Следовательно, соотношение между натягами соответствует .

Чтобы узнать больше, см. Также:

• Третий закон Ньютона
• силовой вес
• Нормальная сила