Newtons andre lovapplikasjoner, eksperimenter og øvelser

De Andre lov om Newton o Grunnleggende lov om dynamikken fastslår at hvis et objekt er underlagt en styrke eller et sett med krefter som ikke er annullert, vil objektet akselerere i retning av den resulterende kraften, og er den akselerasjonen proporsjonal med intensiteten til den nettokraften og omvendt proporsjonal med objektets masser.

Ja F er nettokraften, M Massen til objektet og til Akselerasjonen han skaffer seg, da vil Newtons andre lov bli uttrykt matematisk: til = F / M eller på den mest vanlige måten F = M∙til

Forklaring av Newtons andre lov. Kilde: Selvlaget.

[TOC]

Forklaring og formler

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

F = M∙til

Både akselerasjon og kraft må måles fra et treghetsreferansesystem. 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 ugyldig (F = 0) Da vil akselerasjonen også være ugyldig ( til = 0 ) så lenge som M> 0. Dette resultatet er fullstendig avtalt i Newtons første lov eller treghetslov.

Newtons første lov etablerer treghetssystemer som de som beveger seg med konstant hastighet med hensyn til en fri partikkel. I praksis og for de vanligste applikasjonene, vil et fast referansesystem til bakken eller andre som beveger seg i konstant hastighet med hensyn til det, bli betraktet som treghetsmessige.

Kraft er det matematiske uttrykket av interaksjonen mellom objektet med miljøet. Kraft kan være en konstant mengde eller endre med objektets tid, plassering og hastighet.

Enheten i det internasjonale systemet (SI) for makt er Newton (N). Massen i (Si) måles i (kg) og akselerasjon i (m/s²). En Newton av styrke er den nødvendige kraften for å akselerere et objekt på 1 kg masse ved 1 m/s² .

Løste øvelser

Oppgave 1

Et objekt med masse m frigjøres fra en viss høyde og en akselerasjon av høsten på 9,8 m/s² måles.

Det samme gjelder en annen masse masse m 'og en annen av masse m "og en annen. Resultatet er alltid akselerasjonen av tyngdekraften som er betegnet med G og er verdt 9,8 m/s². I disse eksperimentene er formen på objektet og verdien av massen slik at kraften på grunn av luftmotstand er ubetydelig.

Kan tjene deg: kalsiumfluor (CAF2): Struktur, egenskaper, bruk

Det blir bedt om å finne en modell for den terrestriske attraksjonsstyrken (kjent som vekt) som er i samsvar med eksperimentelle resultater.

Løsning

Vi valgte et treghetsreferansesystem (fikset med hensyn til gulvet) med en positiv retning av den vertikale X -aksen og ned.

Den eneste styrken som handler på masseobjektet m Det er den terrestriske attraksjonen, den styrken kalles vekten P, Hvordan det peker ned er positivt.

Akselerasjonen ervervet av masseobjektet m Når den er utgitt er a = g , tær ned og positiv.

Vi foreslår Newtons andre lov

P = m a

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

m g = m a Hvor vi rydder: a = g

Vi konkluderer med at vekten, kraften som jorden tiltrekker seg et objekt vil være massen til objektet multiplisert med akselerasjonen av tyngdekraften og dens retning er vertikal og målrettet.

P = m∙g

Oppgave 2

En 2 kg masseblokk hviler på et helt glatt og horisontalt gulv. Hvis en 1 n kraft blir brukt at akselerasjonen skaffer seg blokken og hvilken hastighet som vil være etter 1 sek.

Løsning

Den første tingen er å definere et treghetskoordinatsystem. Den ene er valgt med x -aksen på gulvet og aksen og vinkelrett på den. Deretter blir det laget et krefter, og plasserer kreftene på grunn av interaksjonen mellom blokken med omgivelsene.

Kraften P representerer vekten, kraften som planeten jorden tiltrekker seg masseblokken m.

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

F er den horisontale kraften som brukes på blokkering M, som peker i den positive retningen av x -aksen.

Nettokraften er summen av alle krefter på masse m -blokken. Sumvektoren til F, P og N er laget. Ettersom P og N er de samme og motsatte, avbryter de hverandre, og nettokraften er f.

Slik at den resulterende akselerasjonen vil være netekraften kvotient mellom massen:

Kan tjene deg: Mekanisk fordel: Formel, ligninger, beregning og eksempler

a = f / m = 1 n / 2 kg = 0,5 m / s²

Når blokken starter fra resten etter 1S, vil hastigheten ha endret 0 m/s ved 0,5 m/s .

Newtons andre lovsøknader

Akselerasjonen av en heis

En gutt bruker et bad for å måle vekten. Verdien du får er 50 kg. Da tar gutten vekten av heisen på bygningen sin, fordi han vil måle akselerasjonen av heisstart. Resultatene oppnådd når det starter opp er:

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

Med disse dataene beregner du akselerasjonen av heisen og hastigheten du anskaffer deg.

Løsning

Skalaen måler vekten i en enhet som heter Kilogram_fuerza. Per definisjon er Kilogram_fuerza den kraften som planeten Jorden tiltrekker seg et objekt på 1 kg masse.

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 av gutten er da 50 kg*9.8m/s² = 490 n

Under akselerasjon utøver skalaen en styrke N På 58 kg_f gutt 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 ervervet av heisen etter 1.5 s med 1 akselerasjon.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 opplegg av styrkene som virker på gutten:

Majonesflasken

Et barn gir brorens flaske til broren, som er i den andre enden av bordet. For det driver den på en slik måte at den skaffer seg en hastighet på 3 m/s. Siden flasken frigjøres til den stopper i motsatt ende av bordet, var ruten 1,5 m.

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

Løsning

Først vil vi bestemme bremseakselerasjon. For dette vil vi bruke følgende forhold, som allerede er kjent for den enhetlige akselererte rettlinjede bevegelsen:

Vf² = vi² + 2 * a * d

hvor Vf er den endelige hastigheten, Sag Den første hastigheten, til akselerasjon og d Forskyvningen.

Kan tjene deg: dynamisk elektrisitet

Akselerasjonen oppnådd fra det forrige forholdet er, der flasken har blitt tatt som positiv.

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

Nettokraften på majonesflasken er friksjonskraften, siden flasken normal og vekten er balansert: Fnet = kald.

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

Barns eksperimenter

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

Eksperiment 1

Et enkelt eksperiment krever bad og heis. Ta en baderomsvekt til en heis og registrer verdiene som markerer under startstarten, startstarten og i løpet av perioden som beveger seg med konstant hastighet. Beregn akselerasjonene til heisen som tilsvarer hvert tilfelle.

Eksperiment 2

1. Ta en leketøyvogn som har hjulene godt smurt
2. Hold et tau til det ekstreme.
3. Fest en blyant på kanten av bordet, eller annen sylindrisk og glatt gjenstand som tauet vil passere.
4. I den andre enden av tauet henger en liten kurv, som den vil plassere noen mynter eller noe som tjener til vekt.

Eksperimentskjemaet er vist nedenfor:

• Slipp vogna og observer hvordan den akselererer.
• Øk deretter massen på vogna ved å plassere mynter på den, eller noe som øker massen.
• Si om akselerasjonen øker eller avtar. Legg mer deig på vogna, observer hvordan den akselererer og konkluderer.

Så blir vogna igjen uten ekstra vekt og la den akselerere. Deretter legges mer vekt på kurven for å øke kraften som påføres handlekurven.

• Sammenlign akselerasjonen med forrige sak, angi om den øker eller reduseres. Du kan gjenta å legge mer vekt på kurven og observere akselerasjonen av handlekurven.
• Angi om det øker eller synker.
• 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. Inter -American Education Fund s.TIL. 156-163.
2. Hewitt, p. 2012. Konseptuell fysisk vitenskap. Femte utgave. 41-46.
3. Young, Hugh. 2015. Universitetsfysikk med moderne fysikk. 14. utg. Pearson. 108-115.