NEWTONOV DRUGI ZAKON: PRIMJENE, EKSPERIMENTI I VJEŽBE - FIZIČKA - 2024

Newton „s drugi zakon ili temeljni zakon dinamike kaže da ukoliko se objekt podvrgnut sili ili skup sila koje se ne otkazan, a zatim objekt će biti ubrzani u smjeru rezultanta sile, da bude proporcionalna ubrzanje do intenzitet te sile mreže i obrnuto proporcionalan masi predmeta.

Ako F je neto sila, M masa objekta i na ubrzanju društva, onda je drugi zakon Newton matematički izražava kao što slijedi: = F / M ili na najčešći oblik F = M ∙ se

Objašnjenje Newtonovog drugog zakona. Izvor: self made.

Objašnjenje i formule

Kao što je gore objašnjeno, uobičajeni način izražavanja drugog zakona je formula:

F = M ∙ a

Ubrzanje i sila moraju se mjeriti iz inercijalnog referentnog okvira. Imajte na umu da je masa pozitivna količina, pa ubrzanje pokazuje u istom smjeru kao i rezultirajuća sila.

Također imajte na umu da je, kad je rezultirajuća sila jednaka nuli (F = 0), tada će i ubrzanje biti nula (a = 0) kad god je M> 0. Ovaj se rezultat u potpunosti slaže s Newtonovim prvim ili inercijskim zakonom.

Newtonov prvi zakon uspostavlja inercijalne referentne sustave kao one koji se kreću konstantnom brzinom u odnosu na slobodnu česticu. U praksi i za potrebe najčešće aplikacije, referentni sustav pričvršćen na tlo ili bilo koji drugi koji se s njim kreće konstantnom brzinom smatrat će se inercijalnim.

Sila je matematički izraz interakcije objekta s okolinom. Sila može biti konstantna količina ili se mijenjati s vremenom, položajem i brzinom objekta.

Jedinica u Međunarodnom sustavu (SI) za silu je Newton (N). Masa u (SI) mjeri se u (kg), a ubrzanje u (m / s ²). Jedan Newton sile je sila potrebna za ubrzanje predmeta mase 1 kg pri 1 m / s ².

Riješene vježbe

Vježba 1

Objekt mase m se spušta s određene visine i mjeri se ubrzanje pada od 9,8 m / s².

Isto se događa s drugim objektom mase m 'i drugim masom m' 'i drugim i drugim. Rezultat je uvijek ubrzanje gravitacije označeno s g i jednako je 9,8 m / s². U tim je pokusima oblik predmeta i vrijednost njegove mase takav da je sila zbog otpora zraka zanemarljiva.

Od njega se traži da se nađe model za Zemljinu privlačnu silu (poznat kao težina) koji bi bio u skladu s eksperimentalnim rezultatima.

Riješenje

Odaberemo inercijski referentni sustav (fiksiran s obzirom na tlo) s pozitivnim smjerom okomite X osi i prema dolje.

Jedina sila koja djeluje na objekt mase m jest zemaljska privlačnost, ta se sila naziva težinom P, jer usmjerava prema dolje ona je pozitivna.

Ubrzanje koje objekt mase m stječe jednom kad se oslobodi je a = g, usmjereno prema dolje i pozitivno.

Predlažemo Newtonov drugi zakon

P = ma

Koji će biti model P takav da je ubrzanje predviđeno drugim zakonom g bez obzira na vrijednost m?: Jedina alternativa je da je P = mg kad god je m> 0.

mg = ma odakle riješimo za: a = g

Zaključujemo da će težina, sila kojom Zemlja privlači neki objekt biti masa objekta pomnožena s ubrzanjem gravitacije, a njegov smjer je okomit i usmjeren prema dolje.

P = m ∙ g

Vježba 2

Blok mase 2 kg počiva na potpuno ravnom i vodoravnom podu. Ako se na njega primijeni sila od 1 N, koje ubrzanje blok stječe i koja će brzina imati nakon 1 s.

Riješenje

Prva stvar je definirati inercijalni koordinatni sustav. Jedan je odabran s osi X na podu i osi Y okomito na njega. Tada se izrađuje dijagram sile u kojem se sile smještaju zbog interakcije bloka sa okolinom.

Sila N predstavlja normalu, to je okomita sila prema gore koju podna površina djeluje na blok M. Poznato je da N točno balansira P jer se blok ne kreće u okomitom smjeru.

F je horizontalna sila primijenjena na blok M, usmjerena u pozitivnom smjeru osi X.

Neto sila je zbroj svih sila na bloku mase M. Izradimo vektorski zbroj F, P i N. Budući da su P i N jednaki i suprotni, oni se poništavaju, a neto sila je F.

Tako će rezultirajuće ubrzanje biti kvocijent neto sile i mase:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Budući da blok kreće iz mirovanja nakon 1s, njegova brzina će se promijeniti od 0 m / s do 0,5 m / s.

Primjene drugog zakona Newtona

Ubrzavanje dizala

Dječak koristi vagu u kupaonici za mjerenje svoje težine. Vrijednost koju dobivate je 50 kg. Tada dječak nosi težinu do dizala svoje zgrade, jer želi izmjeriti ubrzanje dizala. Rezultati dobiveni pri pokretanju su:

• Vaga registrira težinu od 58 kg tijekom 1,5 s
• Zatim opet izmjerite 50 kg.

Pomoću tih podataka izračunajte ubrzanje dizala i njegovu brzinu.

Riješenje

Vaga mjeri težinu u jedinici koja se naziva kilogram sila. Prema definiciji, kilogram_ sila je sila kojom planet Zemlja privlači objekt mase 1 kg.

Kada je jedina sila koja djeluje na objekt njegova težina, tada on postiže ubrzanje od 9,8 m / s². Dakle, 1 kg_f jednak je 9,8 N.

Težina P dječaka je tada 50 kg * 9,8 m / s² = 490 N

Tijekom ubrzanja, vaga djeluje na N dječaka od 58 kg_f što iznosi 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.

Ubrzanje dizala dat će:

a = N / M - g = 568,4 N / 50 kg - 9,8 m / s² = 1,57 m / s²

Brzina koju je dizalo postigao nakon 1.5 s ubrzanjem od 1.57 m / s² je:

v = a * t = 1,57 m / s² * 1,5 s = 2,36 m / s = 8,5 Km / h

Sljedeća slika prikazuje dijagram sila koje djeluju na dječaka:

Staklenka majoneze

Dječak predaje bratu staklenku majoneze svom bratu, koji je na drugom kraju stola. Zbog toga ga vozi tako da postigne brzinu od 3 m / s. Od trenutka kada je bacio bocu do zaustavljanja na suprotnom kraju stola, putovanje je bilo 1,5 m.

Odredite vrijednost sile trenja koju stol djeluje na bocu, znajući da ima masu od 0,45 kg.

Riješenje

Prvo ćemo odrediti ubrzanje kočenja. Za to ćemo upotrijebiti sljedeći odnos, već poznat iz jednoliko ubrzanog pravokutnog gibanja:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

gdje je Vf krajnja brzina, Vi početna brzina, pri ubrzanju i d pomak.

Ubrzanje dobiveno iz prethodnog odnosa je tamo gdje je pomak boce shvaćen kao pozitivan.

a = (0 - 9 (m / s) ²) / (2 * 1,5 m) = -3 m / s²

Neto sila na staklenku s majonezom je sila trenja, budući da je normalna i težina staklenke ravnoteža: Fnet = Fr.

Fr = m * a = 0,45 kg * (-3 m / s²) = -1,35 N = -0,14 kg-f

Eksperimenti za djecu

Djeca i odrasli mogu izvesti jednostavne eksperimente koji im omogućuju da provjere funkcionira li Newtonov drugi zakon stvarno u stvarnom životu. Evo dva vrlo zanimljiva:

Pokus 1

Jednostavan eksperiment zahtijeva ljestvicu kupaonice i dizalo. Ugradite težinu kupaonice u dizalo i zabilježite vrijednosti koje ona označava za vrijeme početka, pada i tijekom vremena u kojem se krećete konstantnom brzinom. Izračunajte ubrzanja dizala za svaki slučaj.

Eksperiment 2

1. Uzmi automobil s igračkama koji su kotači dobro podmazani
2. Pričvrstite konopac do kraja.
3. Na rubu stola zalijepite olovku ili drugi glatki, cilindrični predmet preko kojeg će se vrvica provoditi.
4. Na drugom kraju užeta objesite malu košaru u koju ćete staviti neke kovanice ili nešto što će vam poslužiti kao težina.

Shema eksperimenta prikazana je dolje:

• Pustite kolica i gledajte kako ubrzava.
• Zatim povećajte masu kolica tako što ćete na nju staviti kovanice ili nešto što povećava njenu masu.
• Recite da li se ubrzanje povećava ili smanjuje. Stavite više tijesta na košaricu, pazite kako ubrzava i završite.

Kolica su ostavljena bez dodatne težine i ostavljena su da se ubrzaju. Zatim se stavlja veća težina na koš kako bi se povećala sila koja se primjenjuje na kolica.

• Usporedite ubrzanje s prethodnim slučajem, naznačite povećava li se ili smanjuje. Možete ponoviti dodavanje veće težine u košaru i promatrati ubrzanje kolica.
• Navedite ako se povećava ili smanjuje.
• Analizirajte svoje rezultate i recite slažu li se s Newtonovim drugim zakonom ili ne.

Članci interesa

Primjeri Newtonovog drugog zakona.

Newtonov prvi zakon.

Primjeri Newtonovog drugog zakona.

Reference

1. Alonso M., Finn E. 1970. Volumen fizike I: Mehanika. Međuamerički obrazovni fond SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Konceptualna fizička znanost. Peto izdanje. 41-46.
3. Mladi, Hugh. 2015. Sveučilišna fizika s modernom fizikom. 14. izd. Pearson. 108-115.