ŅŪTONA OTRAIS LIKUMS: PIETEIKUMI, EKSPERIMENTI UN VINGRINĀJUMI - FIZISKĀ - 2025

Newton 's otrā likumu vai pamatlikumu dinamiku nosaka, ka tad, ja objekts ir pakļauts spēkiem vai kopums spēku, kas ir nav atcelts, tad objekts tiks paātrinātu virzienā rezultējošās spēku, kas ir proporcionāls paātrinājums līdz šī spēka neto intensitāte un apgriezti proporcionāla objekta masai.

Ja F ir neto spēks, M masa objekta un uz paātrinājuma iegūto, tad otrais likums Newton ir izteikta matemātiski kā šādi : = F / M vai lielākoties formā parasti F = M ∙ līdz

Ņūtona otrā likuma skaidrojums. Avots: pašu gatavots.

Skaidrojums un formulas

Kā paskaidrots iepriekš, parastais veids, kā izteikt otro likumu, ir šāds:

F = M ∙ a

Gan paātrinājums, gan spēks jāmēra no inerces atskaites rāmja. Ņemiet vērā, ka masa ir pozitīvs lielums, tāpēc paātrinājums norāda vienā virzienā ar iegūto spēku.

Ņemiet vērā arī to, ka tad, kad iegūtais spēks ir nulle ( F = 0 ), paātrinājums arī būs nulle ( a = 0 ), kad M> 0. Šis rezultāts pilnībā atbilst Ņūtona pirmajam likumam vai inerces likumam.

Ņūtona pirmais likums nosaka inerciālās atskaites sistēmas kā tādas, kas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu attiecībā pret brīvo daļiņu. Praksē un visizplatītāko lietojumu vajadzībām uz zemes piestiprinātu atskaites sistēmu vai jebkuru citu, kas attiecībā pret to pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, uzskatīs par inerciālu.

Spēks ir objekta mijiedarbības ar vidi matemātiska izpausme. Spēks var būt nemainīgs lielums vai mainīties atkarībā no objekta laika, stāvokļa un ātruma.

Spēka vienība Starptautiskajā sistēmā (SI) ir ņūtons (N). Masu (SI) mēra (kg) un paātrinājumu (m / s ² ). Viens spēks ņūtons ir spēks, kas nepieciešams, lai paātrinātu objekta masu 1 kg ar ātrumu 1 m / s ² .

Atrisināti vingrinājumi

1. vingrinājums

M masas objekts tiek kritts no noteikta augstuma un mēra kritiena paātrinājumu 9,8 m / s².

Tas pats notiek ar citu objektu ar masu m 'un citu ar masu m' 'un citu un citu. Rezultāts vienmēr ir gravitācijas paātrinājums, ko apzīmē ar g un ir vienāds ar 9,8 m / s². Šajos eksperimentos objekta forma un tā masas vērtība ir tāda, ka gaisa pretestības radītais spēks ir niecīgs.

Tiek lūgts atrast modeli zemes pievilcīgajam spēkam (pazīstamam kā svaram), kas atbilst eksperimentālajiem rezultātiem.

Risinājums

Mēs izvēlamies inerciālu atskaites sistēmu (fiksētu attiecībā pret zemi) ar vertikālās X ass pozitīvo virzienu un uz leju.

Vienīgais spēks, kas iedarbojas uz masas m objektu, ir zemes pievilcība, šo spēku sauc par svaru P, jo tas ir vērsts uz leju, lai tas būtu pozitīvs.

Paātrinājums, ko masas objekts iegūst, tiklīdz tas tiek atbrīvots, ir a = g, norādīts uz leju un pozitīvs.

Mēs ierosinām Ņūtona otro likumu

P = ma

Kāds būs tāds P modelis, ka otrajā likumā prognozētais paātrinājums ir g neatkarīgi no m vērtības? : Vienīgā alternatīva ir tā, ka P = mg, kad m> 0.

mg = ma, no kurienes mēs risinām: a = g

Mēs secinām, ka svars, spēks, ar kuru Zeme piesaista kādu objektu, būs objekta masa, kas reizināta ar gravitācijas paātrinājumu, un tā virziens ir vertikāls un vērsts uz leju.

P = m ∙ g

2. vingrinājums

2 kg masas bloks balstās uz pilnīgi līdzenas un horizontālas grīdas. Ja tam tiek pielikts 1 N spēks, kādu paātrinājumu bloks iegūst un kāds būs tā ātrums pēc 1 s.

Risinājums

Pirmais ir definēt inerciālo koordinātu sistēmu. Viens ir izvēlēts ar X asi uz grīdas un Y asi perpendikulāri tai. Tad tiek izveidota spēka diagramma, izvietojot spēkus, kas rodas bloka mijiedarbības dēļ ar apkārtējo vidi.

Spēks N apzīmē normālu, tas ir vertikāli augšupvērsts spēks, ko grīdas virsma iedarbojas uz bloku M. Ir zināms, ka N precīzi līdzsvaro P, jo bloks nepārvietojas vertikālā virzienā.

F ir horizontālais spēks, kas tiek piemērots blokam M, norādot X ass pozitīvajā virzienā.

Tīrs spēks ir visu spēka summa, kas iedarbojas uz masas M bloku. Mēs veidojam F, P un N. vektoru summu. Tā kā P un N ir vienādi un pretēji, tie atceļ viens otru, un neto spēks ir F.

Tātad iegūtais paātrinājums būs tīrā spēka un masas koeficients:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Tā kā bloks sākas no atpūtas pēc 1 s, tā ātrums būs mainījies no 0 m / s uz 0,5 m / s.

Ņūtona otrā likuma pielietojumi

Lifta paātrināšana

Zēns sava svara mērīšanai izmanto vannas istabas skalu. Jūsu iegūtā vērtība ir 50 kg. Tad zēns ņem svaru uz savas ēkas liftu, jo vēlas izmērīt lifta paātrinājumu. Iedarbināšanas laikā iegūtie rezultāti ir:

• Svars 1,5 sekundes reģistrē 58 kg svaru
• Tad atkal izmēra 50 kg.

Izmantojot šos datus, aprēķiniet lifta paātrinājumu un tā ātrumu.

Risinājums

Skala mēra svaru vienībā, ko sauc par kilograma spēku. Pēc definīcijas spēks kilograms ir spēks, ar kuru planēta Zeme piesaista objektu, kura masa ir 1 kg.

Ja vienīgais spēks, kas iedarbojas uz objektu, ir tā svars, tas iegūst paātrinājumu 9,8 m / s². Tātad 1 kg_f ir vienāds ar 9,8 N.

Zēna svars P tad ir 50 kg * 9,8m / s² = 490 N

Paātrinājuma laikā skala zēnam rada spēku N, kas ir 58 kg_f, kas līdzvērtīgs 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.

Lifts paātrinājumu piešķirs:

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

Ātrums, ko lifts iegūst pēc 1,5 s ar paātrinājumu 1,57 m / s², ir:

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

Šajā attēlā parādīta zēnu ietekmējošo spēku diagramma:

Majonēzes burka

Zēns pasniedz brālim majonēzes burku brālim, kurš atrodas galda otrajā galā. Par to tas brauc tā, lai iegūtu ātrumu 3 m / s. Kopš brīža, kad viņš nometa pudeli, līdz tā apstājās pretējā galda galā, brauciens bija 1,5 m.

Nosakiet berzes spēka vērtību, ko galds pieliek pudelei, zinot, ka tās masa ir 0,45 kg.

Risinājums

Vispirms mēs noteiksim bremzēšanas paātrinājumu. Šim nolūkam mēs izmantosim šādas attiecības, kuras jau ir zināmas no vienmērīgi paātrinātas taisnas kustības:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

kur Vf ir galīgais ātrums, Vi sākotnējais ātrums paātrinājumā un d pārvietojumā.

Paātrinājums, kas iegūts no iepriekšējām attiecībām, ir tāds, kurā pudeles pārvietojums ir pieņemts kā pozitīvs.

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

Tīrais spēks uz majonēzes burciņu ir berzes spēks, jo normāls un burciņas svara svars: Fnet = Fr.

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

Eksperimenti bērniem

Bērni un pieaugušie var veikt vienkāršus eksperimentus, kas viņiem ļauj pārliecināties, vai Ņūtona otrais likums tiešām darbojas reālajā dzīvē. Šeit ir divi ļoti interesanti:

1. eksperiments

Vienkāršam eksperimentam ir nepieciešams vannas istabas svars un lifts. Ieņemiet vannas istabā svaru liftā un reģistrējiet vērtības, ko tā atzīmē augšupcelšanās, lejupslīdes laikā un laikā, kad pārvietojaties nemainīgā ātrumā. Aprēķiniet lifta paātrinājumus katram gadījumam.

2. eksperiments

1. Paņemiet rotaļlietu automašīnu, kuras riteņi ir labi ieeļļoti
2. Piestipriniet virvi līdz galam.
3. Galda malā pielīmējiet zīmuli vai citu gludu cilindrisku priekšmetu, virs kura virvēs virkne.
4. Virves otrā galā pakariet nelielu groziņu, pie kura jūs ievietosit dažas monētas vai ko citu, kas kalpos kā svars.

Eksperimenta shēma parādīta zemāk:

• Atlaidiet groziņu un vērojiet, kā tas paātrinās.
• Pēc tam palieliniet groza masu, ievietojot uz tā monētas vai kaut ko tādu, kas palielina tā masu.
• Sakiet, vai paātrinājums palielinās vai samazinās. Ielieciet grozā vairāk mīklas, vērojiet, kā tā paātrinās un pabeidziet.

Pēc tam grozs tiek atstāts bez papildu svara un ļauj tam paātrināties. Tad grozam tiek uzlikts lielāks svars, lai palielinātu grozam pielikto spēku.

• Salīdziniet paātrinājumu ar iepriekšējo gadījumu, norādiet, vai tas palielinās vai samazinās. Jūs varat atkārtot groza palielināšanu un novērot groza paātrinājumu.
• Norādiet, vai tas palielinās vai samazinās.
• Pārrunājiet savus rezultātus un sakiet, vai viņi piekrīt Ņūtona otrajam likumam.

Interesanti raksti

Ņūtona otrā likuma piemēri.

Ņūtona pirmais likums.

Ņūtona otrā likuma piemēri.

Atsauces

1. Alonso M., Finn E. 1970. Fizikas I sējums: Mehānika. Starp-Amerikas izglītības fonds SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Konceptuālā fiziskā zinātne. Piektais izdevums. 41.-46.
3. Jauns, Hjū. 2015. Universitātes fizika ar moderno fiziku. 14. ed. Pīrsons. 108.-1115.