Drugie zastosowania, eksperymenty i ćwiczenia Newtona

Drugie prawo Newton o Podstawowe prawo dynamiki określa, że ​​jeśli obiekt podlega sile lub zestawowi sił, które nie są unieważnione, obiekt przyspieszy w kierunku powstałej siły, ponieważ przyspieszenie proporcjonalne do intensywności tej siły netto siły netto i odwrotnie proporcjonalne do masy obiektu.

Tak F jest siłą netto, M Masa obiektu i Do Przyspieszenie, które nabywa, a następnie drugie prawo Newtona zostanie wyrażone matematycznie: Do = F / M lub w najbardziej zwykły sposób F = M∙Do

Wyjaśnienie drugiego prawa Newtona. Źródło: Self Made.

[TOC]

Objaśnienie i formuły

Jak wyjaśniono powyżej, zwykłym sposobem wyrażania drugiego prawa jest formuła:

F = M∙Do

Zarówno przyspieszenie, jak i siła muszą być mierzone z bezwładnego systemu odniesienia. Zauważ, że masa jest dodatnią ilością, więc przyspieszenie wskazuje w tym samym kierunku, co wynikowa siła.

Zwróć również uwagę, że gdy powstała siła jest nieważna (F = 0) Wówczas przyspieszenie będzie również nieważne ( Do = 0 ) dopóki M> 0. Wynik ten jest całkowicie uzgodniony z pierwszym prawem lub bezwładności Newtona.

Pierwsze prawo Newtona ustanawia systemy odniesienia bezwładnościowe, takie jak te, które poruszają się ze stałą prędkością w odniesieniu do wolnej cząstki. W praktyce i na potrzeby najczęstszych zastosowań, ustalony system odniesienia do ziemi lub dowolnego innego, który porusza się ze stałą prędkością.

Siła jest matematycznym wyrażeniem interakcji obiektu ze środowiskiem. Siła może być stałą ilością lub zmienić wraz z czasem, położeniem i prędkością obiektu.

Jednostką w międzynarodowym systemie (SI) dla siły jest Newton (N). Masa w (Si) jest mierzona w (kg) i przyspieszenie w (M/s²). Newton siły jest niezbędną siłą do przyspieszenia obiektu 1 kg masy przy 1 m/s² .

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Obiekt masy M jest uwalniany z pewnej wysokości i mierzone jest przyspieszenie spadku 9,8 m/s².

To samo dotyczy kolejnej masy m 'i innej masy m ”i innej. Rezultatem jest zawsze przyspieszenie grawitacji, które jest oznaczone G i jest warte 9,8 m/s². W tych eksperymentach kształt obiektu i wartość jego masy jest taka, że ​​siła z powodu odporności na powietrze jest znikoma.

Może ci służyć: fluor wapnia (CAF2): struktura, właściwości, zastosowania

Poproszono o znalezienie modelu siły przyciągania naziemnego (znanego jako waga), która jest zgodna z wynikami eksperymentalnymi.

Rozwiązanie

Wybraliśmy bezwładny system odniesienia (ustalony w odniesieniu do podłogi) z dodatnim kierunkiem pionowej osi x i w dół.

Jedyna siła działająca na obiekt masowy M Jest to atrakcja naziemna, że ​​siła nazywa się wagą P, Jak wskazuje, jest pozytywny.

Przyspieszenie uzyskane przez obiekt masowy M Po zwolnieniu a = g , Tary Down i pozytywny.

Proponujemy drugie prawo Newtona

P = m a

Jaki będzie model P, aby przyspieszenie przewidywane przez drugie prawo to g, niezależnie od wartości m ? : Jedyną alternatywą jest to, że p = m g, gdy m> 0.

m g = m a Gdzie oczyścimy: a = g

Dochodzimy do wniosku, że waga, siła, z jaką Ziemia przyciąga obiekt, będzie masą obiektu pomnożonego przez przyspieszenie grawitacji, a jego kierunek jest pionowy i ukierunkowany.

P = m∙G

Ćwiczenie 2

2 -kg bloku masy spoczywa na całkowicie gładkiej i poziomej podłodze. Jeśli zastosowana zostanie siła 1 N, przyspieszenie nabywa blok i jaka będzie prędkość po 1 s.

Rozwiązanie

Pierwszą rzeczą jest zdefiniowanie bezwładnego układu współrzędnych. Jeden został wybrany z osą x na podłodze i osi i prostopadle do niej. Następnie wykonuje się schemat sił, umieszczając siły z powodu interakcji bloku z jego otoczeniem.

Siła p reprezentuje ciężar, siła, z jaką planeta Ziemia przyciąga blok masy m.

Siła n reprezentuje normę, jest to siła w górę, którą powierzchnia podłogi wywiera na blok m. Wiadomo, że N równoważy dokładnie p, ponieważ blok nie porusza się w kierunku pionowym.

F jest siłą poziomą stosowaną do bloku M, co wskazuje w kierunku pozytywnym osi x.

Siła netto jest sumą wszystkich sił na bloku Mass M. Suma wektora f, p i n jest wytwarzana. Ponieważ p i n są takie same i przeciwne, anulują się nawzajem, a siła netto to f.

Tak, aby wynikowe przyspieszenie było ilorazem siły netto między masą:

Może ci służyć: przewaga mechaniczna: wzór, równania, obliczenia i przykłady

A = f / m = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Gdy blok zaczyna się od reszty po 1s jego prędkość zmieni się 0 m/s przy 0,5 m/s .

Drugie wnioski o prawo Newtona

Przyspieszenie windy

Chłopiec używa łazienki do mierzenia swojej wagi. Wartość, którą otrzymujesz, wynosi 50 kg. Następnie chłopiec bierze ciężar windy swojego budynku, ponieważ chce zmierzyć przyspieszenie startowości windy. Wyniki uzyskane po uruchomieniu to:

• Skala rejestruje wagę 58 kg przez 1,5 s
• Następnie ponownie zmierz 50 kg.

Za pomocą tych danych oblicz przyspieszenie windy i uzyskaną prędkość.

Rozwiązanie

Skala mierzy wagę w jednostce zwanej Kilogram_fuerza. Z definicji Kilogram_fuerza jest siłą, z którą Ziemia planeta przyciąga obiekt 1 kg masy.

Kiedy jedyną siłą, która działa na obiekt, jest jego waga, wówczas nabywa przyspieszenie 9,8 m/s². Więc 1 kg_f jest równoważne 9.8 n.

Waga P chłopca jest wtedy 50 kg*9.8m/s² = 490 n

Podczas przyspieszenia skala wywiera siłę N Na 58 kg_f chłopca równoważnym 58 kg * 9,8 m/s² = 568.4 n.

Przyspieszenie windy zostanie podane przez:

A = n/m - g = 568.4 N / 50 kg - 9.8 m/s² = 1.57 m/s²

Prędkość uzyskana przez windę po 1.5 s z 1 przyspieszeniem.57 m/s² to:

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

Poniższy rysunek pokazuje schemat sił działających na chłopca:

Butelka majonezu

Dziecko przekazuje butelkę brata do swojego brata, który jest na drugim końcu stołu. W tym celu napędza go w taki sposób, że nabywa prędkość 3 m/s. Ponieważ butelka jest uwalniana, aż zatrzyma się na przeciwnym końcu stołu, trasa wynosiła 1,5 m.

Określ wartość siły tarcia, którą stół wywiera na butelkę, wiedząc, że ma masę 0,45 kg.

Rozwiązanie

Najpierw ustalimy przyspieszenie hamowania. W tym celu wykorzystamy następującą relację, znaną już jednolicie przyspieszonym ruchu prostoliniowym:

Vf² = vi² + 2 * a * d

Gdzie Vf to ostatnia prędkość, Piła Początkowa prędkość, Do przyspieszenie i D Przemieszczenie.

Może ci służyć: dynamiczna elektryczność

Przyspieszenie uzyskane z poprzedniej relacji wynosi, gdzie przemieszczenie butelki zostało uznane za pozytywne.

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

Siła netto na butelce majonezowej jest siła tarcia, ponieważ normalna i waga butelki jest zrównoważona: FNET = zimno.

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

Eksperymenty dzieci

Dzieci i dorośli mogą również wykonywać proste doświadczenia, które pozwalają im sprawdzić, czy drugie prawo Newtona naprawdę działa w prawdziwym życiu. Oto dwa interesujące dobre:

Eksperyment 1

Prosty eksperyment wymaga łazienki i windy. Weź wagę łazienki do windy i zapisz wartości, które wyznacza się podczas rozpoczęcia wzrostu, rozruchu i w okresie, który porusza się ze stałą prędkością. Oblicz przyspieszenia windy odpowiadającej każdemu przypadkowi.

Eksperyment 2

1. Weź wózek z zabawkami, który ma dobrze smarowane koła
2. Trzymaj linę do skrajności.
3. Na krawędzi stołu zabezpiecz ołówek lub inny cylindryczny i gładki obiekt, na którym lina przejdzie.
4. Na drugim końcu liny wisi mały kosz, do którego umieści kilka monet lub coś, co służy do wagi.

Schemat eksperymentu pokazano poniżej:

• Uwolnij wózek i obserwuj, jak przyspiesza.
• Następnie zwiększ masę wózka, umieszczając na nim monety lub coś, co zwiększa jego masę.
• Powiedzmy, czy przyspieszenie wzrasta lub zmniejsza. Umieść więcej ciasta na wózku, obserwuj, jak przyspiesza i kończy.

Następnie wózek pozostaje bez dodatkowej wagi i pozwól mu przyspieszyć. Następnie na kosza przykłada się większą wagę w celu zwiększenia siły przyłożonej do koszyka.

• Porównaj przyspieszenie z poprzednim przypadkiem, wskazuj, czy wzrasta, czy zmniejsza. Możesz powtórzyć dodając większą wagę do kosza i obserwować przyspieszenie koszyka.
• Wskaż, czy wzrasta, czy zmniejsza.
• Przeanalizuj swoje wyniki i powiedz, czy zgadzają się z drugim prawem Newtona.

Artykuły zainteresowane

Przykłady drugiego prawa Newtona.

Pierwsze prawo Newtona.

Przykłady drugiego prawa Newtona.

Bibliografia

1. Alonso m., Finn e. 1970. Fizyka Tom I: Mechanika. Międzyamerykańskie fundusz edukacyjny.DO. 156-163.
2. Hewitt, str. 2012. Konceptualna nauka fizyczna. PIĄTA EDYCJA. 41-46.
3. Młody, Hugh. 2015. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. edycja. osoba. 108-115.