Aplikácie, experimenty a cvičenia Newtona druhého zákona

Ten Druhý zákon Newtonu o Zásadný zákon dynamiky ustanovuje, že ak je predmet vystavený sile alebo súboru síl, ktoré nie sú zrušené, potom sa objekt zrýchli v smere výslednej sily, čo je také zrýchlenie úmerné intenzite tejto siete. a nepriamo úmerné hmotnosti objektu.

Jo F je čistá sila, M Hmotnosť objektu a do Zrýchlenie, ktoré získava, potom by sa Newtonov druhý zákon vyjadril matematicky: do = F / M alebo najbežnejším spôsobom F = M∙do

Vysvetlenie Newtonovho druhého zákona. Zdroj: Self Made.

[TOC]

Vysvetlenie a vzorce

Ako je uvedené vyššie, obvyklým spôsobom vyjadrenia druhého zákona je so vzorcom:

F = M∙do

Zrýchlenie aj sila sa musia merať z inerciálneho referenčného systému. Všimnite si, že hmotnosť je kladné množstvo, takže zrýchlenie ukazuje rovnakým smerom ako výsledná sila.

Všimnite si tiež, že keď je výsledná sila neplatná (F = 0) Potom bude zrýchlenie tiež neplatné ( do = 0 ) pokiaľ M> 0. Tento výsledok je úplne dohodnutý s prvým zákonom Newtonovho zákona alebo zákona o zotrvačnosti.

Newtonov prvý zákon stanovuje inerciálne referenčné systémy, ako sú systémy, ktoré sa pohybujú konštantnou rýchlosťou vzhľadom na voľnú častice. V praxi a na účely najbežnejších aplikácií sa pevný referenčný systém na zem alebo akýkoľvek iný, ktorý sa s tým pohybuje konštantnou rýchlosťou, sa bude považovať za inerciálny.

Sila je matematickým vyjadrením interakcie objektu s prostredím. Sila môže byť konštantné množstvo alebo zmena s časom, polohou a rýchlosťou objektu.

Jednotka v medzinárodnom systéme (SI) pre Force je Newton (N). Hmotnosť v (SI) sa meria v (kg) a zrýchlenie v (m/s²). Newton sily je nevyhnutnou silou na urýchlenie objektu 1 kg hmotnosti pri 1 m/s² .

Vyriešené cvičenia

Cvičenie 1

Z určitej výšky sa uvoľňuje.

To isté platí pre ďalšiu hmotu hmotnosti a ďalšiu masu M “a ďalšiu. Výsledkom je vždy zrýchlenie gravitácie, ktoré je označené G a má hodnotu 9,8 m/s². V týchto experimentoch je tvar objektu a hodnota jeho hmotnosti taká, že sila spôsobená odporom vzduchu je zanedbateľná.

Môže vám slúžiť: fluorid vápenatý (CAF2): Štruktúra, vlastnosti, používa

Žiada sa o nájdenie modelu pre pozemnú atrakčnú silu (známu ako hmotnosť), ktorý je v súlade s experimentálnymi výsledkami.

Riešenie

Vybrali sme inerciálny referenčný systém (pripevnený vzhľadom na podlahu) s pozitívnym smerom vertikálnej osi x a dole.

Jediná sila pôsobiaca na hmotnostný objekt m Je to pozemská príťažlivosť, že sila sa nazýva váha P, Ako smeruje dole, je pozitívne.

Zrýchlenie získané hromadným objektom m Akonáhle je uvoľnená, je a = g , dole a pozitívne.

Navrhujeme Newtonov druhý zákon

P = m a

Aký bude model P, aby zrýchlenie predpovedané druhým zákonom je G bez ohľadu na hodnotu m ? : Jedinou alternatívou je, že p = m g vždy, keď m> 0.

m g = m a Kde vyčistíme: a = g

Dospeli sme k záveru, že váha, sila, s ktorou zem priťahuje objekt, bude hmotnosť objektu vynásobená zrýchlením gravitácie a jeho smer je vertikálna a cielená.

P = m∙g

Cvičenie 2

Blok hmotnosti 2 kg spočíva na úplne hladkej a horizontálnej podlahe. Ak sa aplikuje 1 N sila, že zrýchlenie získa blok a aká rýchlosť bude po 1 s.

Riešenie

Prvá vec je definovať inerciálny súradnicový systém. Jeden bol vybraný s osou X na podlahe a osou a kolmou na ňu. Potom sa vytvorí diagram síl, ktorý umiestni sily v dôsledku interakcií bloku s jeho okolím.

Sila p predstavuje váhu, sila, s akou planéta Zem priťahuje blok hmoty m.

Sila n predstavuje normálnu, je to sila nahor, že povrch podlahy vyvíja na blok m. Je známe, že N vyvažuje presne do P, pretože blok sa nepohybuje vo vertikálnom smere.

F je vodorovná sila aplikovaná na blok M, ktorá ukazuje v kladnom smere osi x.

Čistá sila je súčet všetkých síl na bloku M. Sumpový vektor F, P a N sa vyrába. Pretože p a n sú rovnaké a naopak, navzájom sa rušia a čistá sila je f.

Takže výsledné zrýchlenie bude kvocientom čistej sily medzi hmotnosťou:

Môže vám slúžiť: Mechanická výhoda: vzorec, rovnice, výpočet a príklady

a = f / m = 1 n / 2 kg = 0,5 m / s²

Keď sa blok začína od zvyšku po 1 s, jeho rýchlosť sa zmení 0 m/s na 0,5 m/s .

Aplikácie Newtonovho druhého zákona

Zrýchlenie výťahu

Chlapec používa kúpeľňu na meranie svojej hmotnosti. Hodnota, ktorú dostanete, je 50 kg. Potom chlapec berie váhu výťahu svojej budovy, pretože chce zmerať zrýchlenie štartovania výťahu. Výsledky získané pri spustení sú:

• Stupnica zaznamenáva hmotnosť 58 kg počas 1,5 s
• Potom zmerajte znova 50 kg.

S týmito údajmi vypočítajte zrýchlenie výťahu a rýchlosť, ktorú získate.

Riešenie

Stupnica meria hmotnosť v jednotke nazývanej Kilogram_fuerza. Podľa definície je kilogram_fuerza sila, s ktorou planéta Zem priťahuje objekt 1 kg hmotnosti.

Keď je jedinou silou, ktorá pôsobí na objekt, jeho váha, potom získa zrýchlenie 9,8 m/s². Takže 1 kg_f je ekvivalentný 9.8 n.

Váha P chlapca je potom 50 kg*9.8 m/s² = 490 n

Počas zrýchlenia mierka uplatňuje silu N Na 58 kg_f chlapcovi ekvivalentu 58 kg * 9,8 m/s² = 568.4 n.

Zrýchlenie výťahu bude dané:

A = N/M - G = 568.4 N / 50 kg - 9.8 m/s² = 1.57 m/s²

Rýchlosť získaná výťahom po 1.5 s s 1 zrýchlením.57 m/s² je:

v = a * t = 1.57 m/s² * 1.5 s = 2.36 m/s = 8.5 km/h

Nasledujúci obrázok ukazuje schému síl konajúcich na chlapcovi:

Fľaša majonézy

Dieťa odovzdá fľašu svojho brata svojmu bratovi, ktorý je na druhom konci stola. Za to ho poháňa takým spôsobom, že získa rýchlosť 3 m/s. Pretože sa fľaša uvoľňuje, až kým sa nezastaví na opačnom konci stola, trasa bola 1,5 m.

Určite hodnotu trecej sily, ktorú tabuľka vyvíja na fľašu, s vedomím, že má hmotnosť 0,45 kg.

Riešenie

Najprv určíme zrýchlenie brzdenia. Z tohto dôvodu použijeme nasledujúci vzťah, ktorý je už známy pre rovnomerne zrýchlený priamkový pohyb:

Vf² = vi² + 2 * a * d

kde VF je posledná rýchlosť, Píca Počiatočná rýchlosť, do zrýchlenie a d Posun.

Môže vám slúžiť: dynamická elektrina

Zrýchlenie získané z predchádzajúceho vzťahu je, kde sa posunutie fľaše považovalo za pozitívne.

a = (0 - 9 (m / s) ²) / (2*1.5 m) = -3 m/s²

Čistá sila na majonézovej fľaši je trecia sila, pretože normálna a hmotnosť fľaše je vyvážená: FNET = studená.

Fr = m * a = 0.45 kg * (-3 m/s²) = -1.35 n = -0.14 kg-f

Detské experimenty

Deti a dospelí môžu tiež vykonávať jednoduché zážitky, ktoré im umožňujú overiť, či Newtonov druhý zákon skutočne funguje v skutočnom živote. Tu sú dve zaujímavé dobro:

Experiment 1

Jednoduchý experiment vyžaduje kúpeľňu a výťah. Vezmite váhu v kúpeľni do výťahu a zaznamenajte hodnoty, ktoré sa označujú počas začiatku vzostupu, začatie batožiny a počas obdobia, ktoré sa pohybuje konštantnou rýchlosťou. Vypočítajte zrýchlenie výťahu zodpovedajúce každému prípadu.

Experiment 2

1. Vezmite si hračkársky vozík, ktorý má dobre namazané kolesá
2. Držte lano do extrému.
3. Na okraji stola zaistite ceruzku alebo iný valcový a hladký predmet, na ktorom lano prechádza.
4. Na druhom konci lana visí malý kôš, ku ktorému položí niektoré mince alebo niečo, čo slúži na váhe.

Experimentálna schéma je uvedená nižšie:

• Uvoľnite košík a pozorujte, ako sa zrýchľuje.
• Potom zvýšte hmotnosť košíka umiestnením mincí alebo niečoho, čo zvyšuje jeho hmotu.
• Povedzme, ak sa zrýchlenie zvyšuje alebo klesá. Vložte viac cesta na vozík, pozorujte, ako sa zrýchľuje a uzatvára.

Potom je vozík ponechaný bez extra váhy a nechajte ho zrýchliť. Potom sa na košík umiestni väčšia hmotnosť, aby sa zvýšila sila aplikovaná na košík.

• Porovnajte zrýchlenie s predchádzajúcim prípadom, uveďte, či sa zvyšuje alebo klesá. Môžete zopakovať pridanie väčšej hmotnosti do koša a pozorovať zrýchlenie košíka.
• Uveďte, či sa zvyšuje alebo klesá.
• Analyzujte svoje výsledky a povedzte, či súhlasia s Newtonovým druhým zákonom.

Predmety záujmu

Príklady Newtonovho druhého zákona.

Newtonov prvý zákon.

Príklady Newtonovho druhého zákona.

Odkazy

1. Alons m., Finn e. 1970. Fyzika Zväzok I: Mechanika. Inter -American Educational Fund S.Do. 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Koncepčná fyzická veda. Piaty vydanie. 41-46.
3. Mladý, Hugh. 2015. Fyzika univerzity s modernou fyzikou. 14. vydanie. Pearson. 108-115.