ЊУТНОВ ДРУГИ ЗАКОН: ПРИМЕНЕ, ЕКСПЕРИМЕНТИ И ВЕЖБЕ - ФИЗИЧКИ - 2025

Невтон 'с другог закона или основни закон динамике стања да ако објекат подвргнут сили или скуп сила које се нису отказан, онда објекат ће бити убрзано у правцу резултујућег силе, а то је пропорционална убрзања интензитет те силе мреже и обрнуто пропорционалан с масом објекта.

Уколико Ф је нето сила, М маса објекта и да убрзањем стеченом, онда други закон Невтон изражава математички као следећи : = Ф / М или на највише уобичајеној форми Ф = М ∙ то

Објашњење другог закона Невтона. Извор: селф маде.

Објашњење и формуле

Као што је горе објашњено, уобичајени начин изражавања другог закона је формула:

Ф = М ∙ а

И убрзање и сила морају се мерити из инерцијалног референтног оквира. Имајте на уму да је маса позитивна количина, па убрзање показује у истом смеру као и резултантна сила.

Такође имајте на уму да када је резултујућа сила једнака нули ( Ф = 0 ), онда ће и убрзање такође бити нула ( а = 0 ) кад год је М> 0. Овај се резултат у потпуности слаже са првим Невтоновим законом или инерцијом.

Њутнов први закон успоставља инерцијалне референтне системе као оне који се крећу константном брзином у односу на слободну честицу. У пракси и за потребе најчешће апликације, референтни систем причвршћен на тло или било који други који се креће константном брзином у односу на њега сматраће се инерцијалним.

Сила је математички израз интеракције објекта са околином. Сила може бити константна количина или се мењати са временом, положајем и брзином објекта.

Јединица за међународни систем (СИ) за силу је Невтон (Н). Маса у (СИ) се мери у (кг), а убрзање у (м / с ² ). Један Невтон-сила је сила потребна за убрзавање предмета масе 1 кг при 1 м / с ² .

Решене вежбе

Вежба 1

Објекат масе м се спушта са одређене висине и мери се убрзање пада од 9,8 м / с².

Исто се догађа и са другим објектом масе м 'и другим масом м' 'и другим и другим. Резултат је увек убрзање гравитације означено са г и једнако је 9,8 м / с². У тим је експериментима облик предмета и вредност његове масе такав да је сила услед отпора ваздуха занемарљива.

Од њега се тражи да се нађе модел за атрактивну силу Земље (познат као тежина) која је конзистентна са експерименталним резултатима.

Решење

Бирамо инерцијални референтни систем (фиксиран у односу на земљу) са позитивним правцем вертикалне осе Кс и према доле.

Једина сила која делује на објекат масе м је земаљска привлачност, та се сила назива тежином П, јер она показује према доле она је позитивна.

Убрзање које објект масе м добија након што се ослободи је а = г, усмјерено према доље и позитивно.

Предлажемо Невтонов други закон

П = ма

Који ће бити модел П такав да је убрзање предвиђено другим законом г без обзира на вредност м? : Једина алтернатива је да је П = мг кад год је м> 0.

мг = ма где решимо за: а = г

Закључујемо да ће тежина, сила којом Земља привлачи неки објект, бити маса објекта помножена са убрзањем гравитације, а његов смјер је вертикалан и усмјерен према доље.

П = м ∙ г

Вежба 2

Блок масе 2 кг почива на потпуно равном и хоризонталном поду. Ако се на њега примењује сила од 1 Н, које убрзање блок постиже и која ће брзина имати после 1 с.

Решење

Прво је дефинисати инерцијални систем координата. Један је изабран са оси Кс на поду и оси И окомито на њега. Тада се прави дијаграм силе који поставља силе због интеракције блока са околином.

Сила Н представља нормално, то је вертикална сила нагоре коју подна површина делује на блок М. Познато је да Н тачно балансира П јер се блок не помера у вертикалном смеру.

Ф је хоризонтална сила примењена на блок М, која је у позитивном правцу оси Кс.

Нето сила је збир свих сила на блоку масе М. Израдимо векторску суму Ф, П и Н. Пошто су П и Н једнаки и супротни, они се поништавају, а нето сила је Ф.

Тако ће резултирајуће убрзање бити квоцијент нето силе и масе:

а = Ф / М = 1 Н / 2 кг = 0,5 м / с²

Будући да блок креће из мировања након 1с, његова брзина ће се променити са 0 м / с на 0,5 м / с.

Примене другог закона Њутана

Убрзавање лифта

Дечак користи вагу у купатилу да мери своју тежину. Вредност коју добијате је 50 кг. Тада дечак носи тежину до лифта своје зграде, јер жели да измери убрзање лифта. Резултати добијени приликом покретања су:

• Вага региструје тежину од 58 кг током 1,5 с
• Затим поново одмерите 50 кг.

Помоћу ових података израчунајте убрзање лифта и његову брзину.

Решење

Вага мјери тежину у јединици која се назива килограм снаге. Према дефиницији, килограм_ сила је сила којом планета Земља привлачи објекат масе 1 кг.

Када је једина сила која делује на објекат његова тежина, тада он добија убрзање од 9,8 м / с². Дакле, 1 кг_ф једнак је 9,8 Н.

Тежина П дечака је тада 50 кг * 9,8м / с² = 490 Н

Током убрзања, скала врши снагу Н на дечака од 58 кг_ф, што је еквивалент 58 кг * 9,8 м / с² = 568,4 Н.

Убрзање лифта ће дати:

а = Н / М - г = 568,4 Н / 50 кг - 9,8 м / с² = 1,57 м / с²

Брзина коју је лифт добио након 1.5 с убрзањем од 1.57 м / с² је:

в = а * т = 1,57 м / с² * 1,5 с = 2,36 м / с = 8,5 Км / х

Следећа слика приказује дијаграм сила које делују на дечака:

Теглица мајонеза

Дечак предаје брату стакленку мајонеза брату, који је на другом крају стола. Због тога га покреће тако да постигне брзину од 3 м / с. Од тренутка када је бацио боцу до заустављања на супротном крају стола, путовање је било 1,5 м.

Одредите вредност силе трења коју таблица врши на боцу, знајући да има масу од 0,45 кг.

Решење

Прво ћемо одредити убрзање кочења. За то ћемо користити следећи однос, који је већ познат из равномерно убрзаног правоугаоног кретања:

Вф² = Ви² + 2 * а * д

где је Вф крајња брзина, Ви почетна брзина, при убрзању и д помаку.

Убрзање добијено из претходне везе је тамо где је премештање боце прихваћено као позитивно.

а = (0 - 9 (м / с) ²) / (2 * 1,5 м) = -3 м / с²

Нето сила на теглу мајонеза је сила трења, пошто су нормална и тежина стакленке: Фнет = Фр.

Фр = м * а = 0,45 кг * (-3 м / с²) = -1,35 Н = -0,14 кг-ф

Експерименти за децу

Деца и одрасли могу да спроведу једноставне експерименте који ће им омогућити да провере да Невтон-ов други закон заиста делује у стварном животу. Ево две врло занимљиве:

Експеримент 1

Једноставан експеримент захтева вагу у купатилу и лифт. Уградите тежину у купаоници у лифт и забележите вредности које он означава током почетног покретања, силазног старта и током времена када се крећете константном брзином. Израчунајте убрзање лифта за сваки случај.

Експеримент 2

1. Узми аутомобил са играчкама који фелне добро подмазују
2. Причврстите конопац до краја.
3. На ивици стола залепите оловку или други глатки цилиндрични предмет преко којег ће тећи струна.
4. На другом крају конопа објесите малу корпу, у коју ћете ставити неке кованице или нешто што ће вам послужити као тежина.

Шема експеримента је приказана доле:

• Пустите колица и гледајте како убрзава.
• Затим повећајте масу колица тако што ћете на њу ставити кованице или нешто што повећава њену масу.
• Реците да ли се убрзање повећава или смањује. Ставите више теста у кошарицу, пазите да убрзава и завршите.

Колица се оставља без додатне тежине и оставља се да убрза. Затим се ставља више тежине на кош како би се повећала сила на колица.

• Упоредите убрзање са претходним случајем, наведите да ли се повећава или смањује. Можете поновити додавање веће тежине у корпу и посматрати убрзање колица.
• Наведите да ли се повећава или смањује.
• Анализирајте своје резултате и реците да ли се слажу са другим Њутоновим законом.

Чланци од интереса

Примери другог закона Њутана.

Њутнов први закон.

Примери другог закона Њутана.

Референце

1. Алонсо М., Финн Е. 1970. Волумен физике И: Механика. Интерамерички образовни фонд СА 156-163.
2. Хевитт, П. 2012. Концептуална физичка наука. Пето издање. 41-46.
3. Млади, Хју. 2015. Универзитетска физика са модерном физиком. 14. Ед Пеарсон. 108-115.