NEWTONOV DRUGI ZAKON: APLIKACIJE, POSKUSI IN VAJE - FIZIČNO - 2026

Newton 's drugi zakon ali temeljni zakon dinamike določa, da če je objekt izpostavljen sile ali nabor sil, ki se ne preklicana, potem predmet bo pospešeno v smeri rezultante sil, da bi sorazmerno pospešek do intenzivnost te sile neto in obratno sorazmerna z maso predmeta.

Če F je sila, M masa predmeta in za pospešek pridobljeno, potem drugi zakon Newton izrazimo matematično kot sledi : = F / M ali pri najobičajnejši obliki P = P ∙ do

Pojasnilo drugega zakona Newtona. Vir: self made.

Pojasnilo in formule

Kot je razloženo zgoraj, je običajni način izražanja drugega zakona s formulo:

F = M ∙ a

Pospešek in sila je treba meriti iz inercialnega referenčnega okvira. Upoštevajte, da je masa pozitivna količina, zato pospešek kaže v isto smer kot rezultantna sila.

Upoštevajte tudi, da kadar je rezultat sile enaka nič ( F = 0 ), bo pospešek tudi nič ( a = 0 ), kadar koli je M> 0. Ta rezultat se popolnoma ujema s prvim Newtonovim zakonom o inerciji.

Newtonov prvi zakon vzpostavlja inercialne referenčne sisteme kot tiste, ki se gibljejo s konstantno hitrostjo glede na prosti delec. V praksi in za namene najpogostejših aplikacij se šteje, da je referenčni sistem, pritrjen na tla ali kateri koli drug, ki se glede nanj premika s stalno hitrostjo.

Sila je matematični izraz interakcije predmeta z okoljem. Sila je lahko stalna količina ali se spreminja s časom, položajem in hitrostjo predmeta.

Enota v mednarodnem sistemu (SI) za silo je Newton (N). Masa v (SI) se meri v (kg) in pospešek v (m / s ² ). Ena sila Newtona je sila, ki je potrebna za pospešitev predmeta mase 1 kg pri 1 m / s ² .

Rešene vaje

Vaja 1

Objekt mase m spustimo z določene višine in izmerimo pospešek padca 9,8 m / s².

Enako se zgodi z drugim objektom mase m 'in drugim z maso m' 'ter drugim in drugim. Rezultat je vedno pospešek gravitacije, označen z g in je enak 9,8 m / s². V teh poskusih je oblika predmeta in vrednost njegove mase taka, da je sila zaradi zračnega upora zanemarljiva.

Poišče se model za privlačno silo Zemlje (znan kot teža), ki bi bil skladen z eksperimentalnimi rezultati.

Rešitev

Izberemo inercijski referenčni sistem (pritrjen glede na tla) s pozitivno smerjo navpične osi X in navzdol.

Edina sila, ki deluje na objekt mase m, je prizemna privlačnost, ta sila se imenuje teža P, saj kaže navzdol, da je pozitivna.

Pospešek, ki ga objekt mase m pridobi, ko je sproščen, je a = g, usmerjen navzdol in pozitiven.

Predlagamo drugi zakon Newtona

P = ma

Kakšen bo model P tak, da je pospešek, ki ga predvideva drugi zakon, g ne glede na vrednost m? : Edina alternativa je, da je P = mg, kadar m> 0.

mg = ma, od kod se rešimo za: a = g

Sklepamo, da bo teža, sila, s katero Zemlja privlači predmet, masa predmeta, pomnožena s pospeševanjem gravitacije, njegova smer pa je navpična in usmerjena navzdol.

P = m ∙ g

Vaja 2

Blok mase 2 kg počiva na popolnoma ravnih in vodoravnih tleh. Če nanjo uporabimo silo 1 N, kakšen pospešek pridobi blok in kakšno hitrost bo imel po 1 s.

Rešitev

Prva stvar je določiti inercijski koordinatni sistem. Ena je bila izbrana z osjo X na tleh in osjo Y, pravokotno nanjo. Nato je narejen silski diagram, v katerem so sile umeščene zaradi interakcij bloka z njegovim okoljem.

Sila N predstavlja normalno, to je navpična sila navzgor, ki jo talna površina deluje na blok M. Znano je, da N natančno uravnoteži P, ker se blok ne premika v navpični smeri.

F je vodoravna sila, uporabljena za blok M, ki kaže v pozitivni smeri osi X.

Neto sila je vsota vseh sil na bloku mase M. Naredimo vektorsko vsoto F, P in N. Ker sta P in N enaka in nasprotna, se medsebojno prekličeta, neto sila pa je F.

Tako bo posledični pospešek količnik neto sile in mase:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Ker se blok začne počivati ​​po 1s, se bo njegova hitrost spremenila iz 0 m / s na 0,5 m / s.

Uporaba drugega zakona Newtona

Pospeševanje dvigala

Fant uporablja kopalniško tehtnico za merjenje svoje teže. Vrednost, ki jo dobite, je 50 kg. Potem fant potegne težo na dvigalo svoje stavbe, saj želi izmeriti pospešek dvigala. Rezultati ob zagonu so:

• Tehtnica beleži težo 58 kg za 1,5 s
• Nato ponovno izmerite 50 kg.

S temi podatki izračunajte pospešek dvigala in njegovo hitrost.

Rešitev

Tehtnica meri težo v enoti, ki se imenuje kilogramska sila. Po definiciji je sila kilogram_ sila, s katero planet Zemlja privlači predmet mase 1 kg.

Ko je edina sila, ki deluje na predmet, njegova teža, potem pridobi pospešek 9,8 m / s². Torej 1 kg_f je enako 9,8 N.

Teža P dečka je nato 50 kg * 9,8 m / s² = 490 N

Med pospeševanjem tehtnica deluje na dečka sila 58 kg_f, kar ustreza 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.

Pospešek dvigala bo podal:

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

Hitrost, ki jo je dvigalo pridobilo po 1,5 s s pospeškom 1,57 m / s², je:

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

Naslednja slika prikazuje diagram sil, ki delujejo na dečka:

Kozarec majoneze

Deček svojemu bratu izroči kozarec z majonezo, ki je na drugem koncu mize. Zaradi tega ga poganja tako, da pridobi hitrost 3 m / s. Od trenutka, ko je spustil steklenico, dokler se ni ustavil na nasprotnem koncu mize, je bila pot 1,5 m.

Določite vrednost sile trenja, ki jo miza deluje na steklenico, pri čemer veste, da ima maso 0,45 kg.

Rešitev

Najprej bomo določili zavorni pospešek. Za to bomo uporabili naslednje razmerje, ki je že znano iz enakomerno pospešenega pravokotnega gibanja:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

kjer je Vf končna hitrost, Vi začetna hitrost, pri pospešku in d premik.

Pospešek, pridobljen iz prejšnjega razmerja, je tam, kjer je premik steklenice sprejet kot pozitiven.

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

Neto sila na majonezni kozarec je sila trenja, saj sta normalna in teža kozarca ravnovesje: Fnet = Fr.

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

Poskusi za otroke

Otroci in odrasli lahko izvajajo preproste poskuse, ki jim omogočajo, da preverijo, ali Newtonov drugi zakon resnično deluje v resničnem življenju. Tu sta dve zelo zanimivi:

Preizkus 1

Preprost poskus zahteva kopalniško tehtnico in dvigalo. V dvigalo popeljite kopalniško maso in zabeležite vrednosti, ki jih označuje med začetnim, spodnjim zagonom in med časom, ko se premikate s konstantno hitrostjo. Izračunajte pospeške dvigala za vsak primer.

Preizkus 2

1. Vzemite avtomobil z igračami, ki ima kolesa dobro podmazana
2. Do konca pritrdite vrv.
3. Na rob mize zalepite svinčnik ali drug gladek valjast predmet, nad katerim bo tekla vrvica.
4. Na drugem koncu vrvi obesite majhno košaro, v katero boste položili nekaj kovancev ali nekaj, kar bo služilo kot teža.

Shema poskusa je prikazana spodaj:

• Spusti voziček in glej, kako se pospeši.
• Nato povečajte maso vozička tako, da nanjo položite kovance ali nekaj, kar poveča njegovo maso.
• Povejte, ali se pospešek poveča ali zmanjša. Na voziček položite več testa, pazite, da pospeši, in zaključite.

Voziček nato ostane brez dodatne teže in pusti, da se pospeši. Nato se na košarico položi več teže, da se poveča sila, ki se uporablja na vozičku.

• Primerjajte pospešek s prejšnjim primerom, navedite, če se poveča ali zmanjša. Lahko dodate več teže v košarico in opazujete pospeševanje vozička.
• Navedite, če se poveča ali zmanjša.
• Analizirajte svoje rezultate in povejte, ali se strinjajo z drugim zakonom Newtona.

Članki o interesu

Primeri drugega zakona Newtona.

Newtonov prvi zakon.

Primeri drugega zakona Newtona.

Reference

1. Alonso M., Finn E. 1970. letnik fizike I: mehanika. Medameriški izobraževalni sklad SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Konceptualna fizikalna znanost. Peta izdaja. 41–46.
3. Mladi, Hugh. 2015. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. ed. Pearson. 108-115.