Newton se bewegingswette bestaan uit drie, naamlik Newton se eerste wet, Newton se tweede wet en Newton se derde wet.
Newton se Eerste Wet
Newton se Eerste Wet bepaal dat elke voorwerp wat in rus is, in rus sal bly, of elke voorwerp wat in 'n reguit lyn teen 'n konstante spoed beweeg, sal aanhou beweeg in 'n reguit lyn teen 'n konstante spoed as die totale krag wat op die voorwerp inwerk nul is.
Dink aan 'n voorwerp rondom jou, byvoorbeeld 'n tafel of 'n rots of enige voorwerp. 'n Tafel wat in rus is, sal in rus bly as dit nie beweeg word nie of as dit nie 'n eksterne krag soos 'n stoot- of trekkrag kry nie. Net so, ander voorwerpe wat in rus is. Werk daar geen kragte in op die tafel of rots of enige ander voorwerp wat in rus is nie? Daar is kragte wat op die voorwerp inwerk, maar die som van al die kragte wat op die voorwerp inwerk of die totale krag is gelyk aan nul. Die kragte wat op 'n voorwerp inwerk wat in rus is op die oppervlak van 'n planeet soos die Aarde, is swaartekrag (w) en normale krag (N). Die rigting van die gravitasiekrag is loodreg afwaarts na die middelpunt van die aarde, die rigting van die normaalkrag is loodreg opwaarts. Die grootte van hierdie twee kragte is dieselfde maar teenoorgesteld in rigting, daarom is die totale krag gelyk aan nul.
Wat van 'n voorwerp wat in 'n reguit lyn teen 'n konstante spoed beweeg? Om dit te verduidelik, veronderstel jy stoot 'n voorwerp, soos 'n stuk metaal, oor 'n vloer. Nadat dit gestoot is, vertraag die stuk metaal en stop dan as gevolg van die teenwoordigheid van wrywingskragOm die metaalstukke verder of langer te laat beweeg, moet jy die oppervlak van die vloer en die oppervlak van die metaalstukke glad maak. Hoe gladder die oppervlak van die vloer en die oppervlak van die metaalstukke, hoe verder beweeg die metaalstukke. As die vloeroppervlak perfek glad is en daar geen wrywing is nie, sal die metaalstukke aanhou beweeg en nie stop nie. Is daar geen krag wat op 'n stuk metaal inwerk wat op 'n perfek gladde vloeroppervlak beweeg nie? Daar is kragte wat op metaalstukke inwerk, naamlik swaartekrag en normaalkragte. Hierdie twee kragte werk in die vertikale rigting en beïnvloed nie die beweging van die metaalstukke in die horisontale rigting as die vloer perfek glad is nie.
Newton se Tweede Wet
Newton se Tweede Wet bepaal dat as die netto krag wat op 'n voorwerp inwerk nie nul is nie, die voorwerp sal versnel. Die grootte van die versnelling is eweredig aan die grootte van die netto krag en omgekeerd eweredig aan die voorwerp se massa. Die rigting van die versnelling is dieselfde as die rigting van die netto krag.
ΣF = ma(1.2)
Beskrywing: ΣF = totale krag (kg m/s2), m = massa (kg), a = versnelling (m/s2)
Vergelyking 1.2 is 'n wiskundige stelling van Newton se tweede wet.
As die grootte van die versnelling gelyk is aan nul (a = 0), verander vergelyking 1.2 na vergelyking 1.1. Dus is Newton se eerste wet 'n spesiale geval van Newton se tweede wet.
Gebaseer op vergelyking 1.2, word die gevolgtrekking gemaak dat hoe groter die krag, hoe groter die versnelling. Omgekeerd, hoe groter die massa, hoe kleiner die versnelling. Die verband tussen krag, massa en versnelling word beter verstaan na die uitvoering van eksperimente wat hiermee verband hou. Een eksperiment wat uitgevoer kan word, is 'n eksperiment om 'n dinamiese trein op spore te versnel met behulp van 'n vryvallende massa. Gebruik 'n tydteller om die trein se versnelling te bepaal.
Newton se Derde Wet
Newton se derde wet bepaal dat as voorwerp 1 'n krag op voorwerp 2 uitoefen, dan oefen voorwerp 2 terselfdertyd 'n krag op voorwerp 1 uit. Die grootte van beide kragte is dieselfde, maar die rigting van beide kragte is teenoorgesteld. Een krag word die aksiekrag genoem, die ander krag word die reaksiekrag (aksie-reaksiekrag) genoem.
Faksie = –Freaksie (1.3)
Vergelyking 1.3 is 'n wiskundige stelling van Newton se derde wet. Die negatiewe teken in vergelyking 1.3 dui die rigting van die krag aan.
Doen 'n eksperiment om Newton se derde wet beter te verstaan. As jy 'n skaatsplank het, druk teen 'n muur terwyl jy daarop staan. Nadat dit teen die muur gedruk is, beweeg die skaatsplank agteruit. Jou stoot is vorentoe, terwyl die skaatsplank agteruit beweeg. Dit wys dat die muur ook teen jou druk. Wanneer jy teen die muur druk, druk die muur terselfdertyd ook teen jou. Jou stootkrag werk op die muur in, terwyl die muur se stootkrag op jou inwerk. Die twee kragte is gelyk in grootte, maar teenoorgesteld in rigting. Jy kan een krag die aksie en die ander die reaksie noem.
Nog 'n eksperiment wat jy kan doen, is om 'n rubberballon op te blaas en dit dan los te laat nadat dit opgeblaas en met lug gevul is. Nadat dit vrygestel is, "vlieg" die ballon. Die rigting van die ballon se beweging is teenoorgesteld aan die rigting waarin die lug uit die ballon ontsnap. Hoe kan dit verduidelik word? Wanneer die ballon se mond losgelaat word, stoot die ballon die lug uit. Terselfdertyd stoot die lug ook die ballon. Die lug se stootkrag veroorsaak dat die ballon vlieg. Die ballon se stootkrag werk op die lug in, en die lug se stootkrag werk op die ballon in. Die twee kragte is gelyk in grootte, maar teenoorgesteld in rigting.
Voorbeeld van probleme
1. Daar is 4 voorwerpe, piesang = 4 kg, boek = 0,8 kg, basketbal = 3,5 kg, mango = 1,2 kg. Die mandjie word met 'n krag van 30 N op 'n growwe plat oppervlak getrek (μ = 0,4). Vir die mandjie om behoorlik te beweeg (die massa van die mandjie word geïgnoreer), moet die voorwerp wat in die mandjie geplaas moet word...
Bespreking
Dit is bekend:
Massa van piesang (m1) = 4 kg
Massa van boek (m2) = 0,8 kg
Massa van die bal (m3) = 3,5 kg
Massa van mango (m4) = 1,2 kg
Trekkrag (F) = 30 N
Statiese wrywingskoëffisiënt (μs) = 0,4
Versnelling as gevolg van swaartekrag (g) = 10 m/s2
Ignoreer die mandjiemassa
Statiese wrywingskrag (fs) werk wanneer die voorwerp steeds in rus is en op die punt staan om te beweeg, terwyl kinetiese wrywing werk wanneer die voorwerp beweeg.
Gevra: Massa van 'n voorwerp
antwoord:
Die mandjie sal presies beweeg wanneer die grootte van die trekkrag (F) = die grootte van die statiese wrywingskrag (fs).
Bereken die grootte van die statiese wrywingskrag (fs):
fs = μs N = μs w = μs mg = (0,4)(m)(10)
fs = 4 m
Die presiese mandjie sal skuif:
F = fs
30 = 4 m
m = 30/4
m = 7,5 kg
Massa van piesang 4 kg + massa van bal 3,5 kg = 7,5 kg
Die voorwerpe wat in die mandjie gesit moet word, is piesangs en balle.
2. 2014/2015 SMA/MA Fisika Nasionale Eksamenvraag Nr. 5
Voorwerpe A met 'n massa van 6 kg en B met 'n massa van 4 kg word met 'n tou verbind en met 'n krag F = 60 N getrek soos in die volgende figuur getoon.
As die stelsel beweeg en die kinetiese wrywingskoëffisiënt tussen dievloeroppervlak met beide voorwerpe 0,5 (tg θ = 3/4), en g = 10 ms-2, dan is dit grootja, die spanning in die T-snaar wat die twee voorwerpe verbind is….
A. 28,8 N.
B. 30,0 N.
C. 39,6 N.
D. 48,0 N.
Oos 50,0 N
Bespreking
Dit is bekend dat:
Massa van voorwerp A (mA) = 6 kg
Massa van voorwerp B (mB) = 4 kg
Trekkrag (F) = 60 Newton
Die kinetiese wrywingskoëffisiënt tussen die voorwerp en die vloer (μk) = 0,5
Versnelling as gevolg van swaartekrag (g) = 10 m/s2
Raaklyn θ = 3/4
Gevra: Is dit groot?ja touspanning T
Antwoord:
Horisontale komponent van krag F:
Fx = F cos θ
Fx = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Vertikale komponent van krag F:
Fy = F sin θ
Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
Normaalkrag van voorwerp A:
NA = wA = mA g = (6)(10) = 60 N
Normaalkrag van voorwerp B:
NB +Fy - wB = 0
NB +Fy = wB
NB = wB - Fy = mB g – Fy = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
Kinetiese wrywingskrag tussen voorwerp A en die vloer:
fkA = μk NA = (0,5)(60) = 30 N
Kinetiese wrywingskrag tussen voorwerp B en die vloer:
fkB = μk NB = (0,5)(4) = 2 N
Bereken die versnelling van beide voorwerpe:
ΣF = ma
Fx – T + T – fkB - fkA = (mA +mB) Die
Die spanningskrag in die tou T het dieselfde grootte langs die lengte van die tou en het die teenoorgestelde rigting, dus word dit uit die vergelyking uitgeskakel.
Fx - fkB - fkA = (mA +mB) Die
48 – 2 – 30 = (6 + 4) a
16 = 10 a
'n = 16/10
a = 1,6 m/s2
Bereken die spanningskrag van die tou T:
Beskou voorwerp A. Die kragte wat in die horisontale rigting op voorwerp A inwerk, is die touspanningskrag (T) wat na regs gerig is en die kinetiese wrywingskrag (f).kA) wat links is.
ΣF = ma
TA - fkA = mA a
TA - 30 = (6)(1,6)
TA - 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 N
Beskou voorwerp B. Die kragte wat op voorwerp B in die horisontale rigting inwerk, is die krag F.x wat na regs gerig is, die kinetiese wrywingskrag (fkB) en die touspanningskrag (T) wat na links gerig is.
ΣF = ma
Fx - fkB - TB = mB a
48 – 2 – TB = (4)(1,6)
46 – TB = 6,4
46 – 6,4 = TB
TB = 39,6 N
Dus die spanningskrag in die tou wat op voorwerp A (T) inwerkA) = spanningskrag in die tou wat op voorwerp B (T) inwerkB) = 39,6 N.
Die korrekte antwoord is C.
3. 2014/2015 SMA/MA Fisika Nasionale Eksamenvraag Nr. 5
Kyk na die volgende prentjie!
As gevolg van die krag F beweeg die stelsel van voorwerpe. As die vloer ru is en die kinetiese wrywingskoëffisiënt tussen die twee blokke en die vloer 0,2 is, wat is die versnelling wat die twee voorwerpe ervaar? (cos 37o = 0,8, sonde 37o = 0,6)
A. 2,6 ms-2
B. 4,0 ms-2
C. 5,2 ms-2
D. 7,8 ms-2
O. 10,2 ms-2
Bespreking
Dit is bekend dat:
Massa van voorwerp A (mA) = 4 kg
Massa van voorwerp B (mB) = 2 kg
Trekkrag (F) = 30 Newton
Die kinetiese wrywingskoëffisiënt tussen die voorwerp en die vloer (μk) = 0,2
Versnelling as gevolg van swaartekrag (g) = 10 m/s2
want 37o = 0,8
sonde 37o = 0,6
Gevra: Watter versnelling ervaar beide voorwerpe?
Antwoord:
Horisontale komponent van krag F:
Fx = F cos θ
Fx = (30)(0,8) = 24 N
Vertikale komponent van krag F:
Fy = F sin θ
Fy = (30)(0,6) = 18 N
Normaalkrag van voorwerp A:
NA = wA = mA g = (4)(10) = 40 N
Normaalkrag van voorwerp B:
NB +Fy - wB = 0
NB +Fy = wB
NB = wB - Fy = mB g – Fy = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
Kinetiese wrywingskrag tussen voorwerp A en die vloer:
fkA = μk NA = (0,2)(40) = 8 N
Kinetiese wrywingskrag tussen voorwerp B en die vloer:
fkB = μk NB = (0,2)(2) = 0,4 N
Bereken die versnelling van beide voorwerpe:
ΣF = ma
Fx - fkB - fkA = (mA +mB) Die
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 a
'n = 15,6/6
a = 2,6 m/s2
Die korrekte antwoord is A.
