NEWTONS ANDRE LOV: APPLIKASJONER, EKSPERIMENTER OG ØVELSER - FYSISK - 2025

Den Newton finnes andre lov eller grunnleggende lov av dynamiske tilstander at hvis en gjenstand utsettes for en kraft eller et sett av krefter som er ikke avbrutt, da objektet skal akselereres i retning av den resulterende kraft, som er proporsjonal akselerasjon til intensiteten av den kraften netto og omvendt proporsjonal med massen til objektet.

Hvis F er nettokraften, M massen til objektet og til oppnådd akselerasjon, uttrykkes Newtons andre lov matematisk som følger : a = F / M eller i den vanligste formen F = M ∙ til

Forklaring av Newtons andre lov. Kilde: self made.

Forklaring og formler

Som forklart ovenfor, er den vanlige måten å uttrykke den andre loven med formelen:

F = M ∙ a

Både akselerasjon og kraft måles fra en treghetsreferanseramme. Merk at massen er en positiv mengde, så akselerasjonen peker i samme retning som den resulterende kraften.

Legg også merke til at når den resulterende kraften er null ( F = 0 ), vil akselerasjonen også være null ( a = 0 ) når M> 0. Dette resultatet stemmer helt overens med Newtons første lov eller treghetslov.

Newtons første lov etablerer treghetsreferansesystemer som de som beveger seg med konstant hastighet med hensyn til en fri partikkel. I praksis og med det formål for de vanligste bruksområder, vil et referansesystem festet til bakken eller andre som beveger seg med konstant hastighet med hensyn til det, betraktes som treghet.

Kraft er det matematiske uttrykket for objektets interaksjon med omgivelsene. Kraften kan være en konstant mengde eller endre med objektets tid, posisjon og hastighet.

Enheten i det internasjonale systemet (SI) for styrke er Newton (N). Massen i (SI) måles i (kg) og akselerasjonen i (m / s ² ). En kraft fra Newton er kraften som er nødvendig for å akselerere en gjenstand med masse 1 kg ved 1 m / s ² .

Løste øvelser

Oppgave 1

Et objekt med masse m blir droppet fra en viss høyde og en fallakselerasjon på 9,8 m / s² blir målt.

Det samme skjer med en annen gjenstand av masse m 'og en annen med masse m' 'og en annen og en annen. Resultatet er alltid tyngdekraktering betegnet med g og er lik 9,8 m / s². I disse eksperimentene er gjenstandens form og verdien av dens masse slik at kraften på grunn av luftmotstand er ubetydelig.

Det blir bedt om å finne en modell for jordens attraktive kraft (kjent som vekt) som er i samsvar med de eksperimentelle resultatene.

Løsning

Vi velger et treghetsreferansesystem (fast i forhold til bakken) med den positive retningen til den vertikale X-aksen og nedover.

Den eneste kraften som virker på objektet av masse m er den landlige attraksjonen, denne kraften kalles vekten P, ettersom den peker nedover er den positiv.

Akselerasjonen som objektet til masse m oppnår når den slippes ut er a = g, pekt nedover og positiv.

Vi foreslår Newtons andre lov

P = ma

Hva vil være modellen til P slik at akselerasjonen som er forutsagt av den andre loven er g uavhengig av verdien av m? : Det eneste alternativet er at P = mg når m> 0.

mg = ma der vi løser for: a = g

Vi konkluderer med at vekten, kraften som Jorden trekker til seg et objekt vil være gjenstandens masse multiplisert med akselerasjonen av tyngdekraften og dens retning er vertikal og pekende nedover.

P = m ∙ g

Oppgave 2

En blokk med 2 kg masse hviler på et helt flatt og horisontalt gulv. Hvis en kraft på 1 N blir påført den, hvilken akselerasjon får blokken og hvilken hastighet vil den ha etter 1 sek.

Løsning

Den første tingen er å definere et treghetskoordinatsystem. Man er valgt med X-aksen på gulvet og Y-aksen vinkelrett på den. Deretter lages et styrkediagram som plasserer kreftene på grunn av blokkeringens interaksjoner med omgivelsene.

Kraften N representerer normalen, det er den vertikale oppadgående kraften som gulvflaten utøver på blokken M. Det er kjent at N nøyaktig balanserer P fordi blokken ikke beveger seg i vertikal retning.

F er den horisontale kraften som utøves på blokk M, og peker i den positive retningen til X-aksen.

Nettokraften er summen av alle kreftene på blokken av masse M. Vi lager vektorsummen av F, P og N. Siden P og N er like og motsatt, kansellerer de hverandre, og nettokraften er F.

Så den resulterende akselerasjonen vil være kvoten på nettokraften og massen:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Siden blokken starter fra hvile etter 1s vil hastigheten ha endret seg fra 0 m / s til 0,5 m / s.

Anvendelser av Newtons andre lov

Akselererer heis

En gutt bruker en baderomsskala for å måle vekten. Verdien du får er 50 kg. Så tar gutten vekten til heisen i bygningen hans, fordi han vil måle heisens akselerasjon. Resultatene oppnådd ved oppstart er:

• Skalaen registrerer en vekt på 58 kg i 1,5 sek
• Mål deretter 50 kg igjen.

Med disse dataene beregner du heisens akselerasjon og hastighet.

Løsning

Skalaen måler vekt i en enhet som kalles en kilogram kraft. Per definisjon er kilogram_kraften kraften som planeten Jorden tiltrekker seg et objekt med masse på 1 kg.

Når den eneste kraften som virker på objektet er dens vekt, får den en akselerasjon på 9,8 m / s². Så 1 kg_f tilsvarer 9,8 N.

Vekten P til gutten er da 50 kg * 9,8 m / s² = 490 N

Under akselerasjon utøver skalaen en kraft N på gutten på 58 kg_f tilsvarer 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.

Akselerasjonen av heisen vil bli gitt av:

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

Hastigheten oppnådd av heisen etter 1,5 sekund med akselerasjon på 1,57 m / s² er:

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

Følgende figur viser et diagram av kreftene som virker på gutten:

Majonesbeholderen

En gutt overlater sin bror krukken med majones til broren, som ligger i den andre enden av bordet. For det driver den på en slik måte at den får en hastighet på 3 m / s. Fra det øyeblikket han droppet flasken til den stoppet i motsatt ende av bordet, var kjøreturen 1,5 m.

Bestem verdien for friksjonskraften som bordet utøver på flasken, vel vitende om at den har en masse på 0,45 kg.

Løsning

Først vil vi bestemme bremseakselerasjonen. For dette vil vi bruke følgende forhold, allerede kjent fra den jevnlig akselererte rettlinjede bevegelsen:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

hvor Vf er den endelige hastigheten, Vi den første hastigheten, ved akselerasjonen og d forskyvningen.

Akselerasjonen oppnådd fra det forrige forholdet er hvor forskyvningen av flasken har blitt tatt som positiv.

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

Nettokraften på majonesbeholderen er friksjonskraften, siden den normale og vekten på krukken balanserer: Fnet = Fr.

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

Eksperimenter for barn

Barn og voksne kan utføre enkle eksperimenter som lar dem bekrefte at Newtons andre lov virkelig fungerer i det virkelige liv. Her er to veldig interessante:

Eksperiment 1

Et enkelt eksperiment krever baderomsskala og heis. Ta en baderomsvekt inn i en heis og registrer verdiene den markerer under oppstart, nedstart, og i løpet av tiden du beveger deg med konstant hastighet. Beregn heisens akselerasjoner for hvert tilfelle.

Eksperiment 2

1. Ta en lekebil som har hjulene godt smurt
2. Fest et tau til enden.
3. Ved kanten av bordet kan du tape en blyant eller en annen glatt sylindrisk gjenstand som strengen vil løpe over.
4. I den andre enden av tauet henger en liten kurv, som du vil plassere noen mynter eller noe som vil tjene som vekt.

Skjemaet for eksperimentet er vist nedenfor:

• Slipp vognen og se den akselerere.
• Øk deretter massen på vogna ved å plassere mynter på den, eller noe som øker massen.
• Si om akselerasjonen øker eller minsker. Legg mer deig på vogna, se den gå opp og avslutt.

Vognen blir deretter stående uten ekstra vekt og får lov til å akselerere. Deretter legges mer vekt på kurven for å øke kraften som påføres vogna.

• Sammenlign akselerasjonen med forrige tilfelle, angi om den øker eller reduseres. Du kan gjenta å legge mer vekt i kurven og observere akselerasjonen av vogna.
• Angi om det øker eller reduseres.
• Analyser resultatene dine og si om de er enige i Newtons andre lov eller ikke.

Artikler av interesse

Eksempler på Newtons andre lov.

Newtons første lov.

Eksempler på Newtons andre lov.

referanser

1. Alonso M., Finn E. 1970. Fysikkvolum I: Mekanikk. Interamerikansk utdanningsfond SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Conceptual Physical Science. Femte utgave. 41-46.
3. Ung, Hugh. 2015. Universitetsfysikk med moderne fysikk. 14. ed. Pearson. 108-115.