የኒውተን የእንቅስቃሴ ህጎች - ችግሮች እና መፍትሄዎች

የኒውተን የእንቅስቃሴ ህጎች - ችግሮች እና መፍትሄዎች

የኒውተን የመጀመሪያ የእንቅስቃሴ ህግ

1. ምንም የተጣራ ኃይል በአንድ ነገር ላይ የማይሠራ ከሆነ፣

(1) ዕቃው የተጣደፈ አይደለም

(2) በእረፍት ላይ ያለ ነገር

(3) የአንድ ነገር የፍጥነት ለውጥ = 0

(4) ዕቃው በቋሚ ፍጥነት መጓዝ አይችልም

የትኛው መግለጫ ትክክል ነው?

መፍትሔ

ትክክለኛው መግለጫ፦

(1) ዕቃው የተጣደፈ አይደለም

የተጣራ ኃይል የአንድን ነገር ፍጥነት ይጨምራል። ስለዚህ የተጣራ ኃይል ከሌለ ነገሮች አይጣደፉም።

(2) በእረፍት ላይ ያለ ነገር

የኒውተን የመጀመሪያ የእንቅስቃሴ ህግ እንደሚያመለክተው ምንም አይነት የተጣራ ኃይል በአንድ ነገር ላይ የማይሰራ ከሆነ አንድ ነገር ሁልጊዜ በእረፍት ላይ ነው ወይም እቃው ሁልጊዜ በቋሚ ፍጥነት ይጓዛል።

(3) የአንድ ነገር የፍጥነት ለውጥ = 0

የፍጥነት ለውጥ = ፍጥነት መጨመር። የፍጥነት ለውጥ የለም ማለት ፍጥነት መጨመር የለም ማለት ነው። ፍጥነት መጨመር ከሌለ የተጣራ ኃይል በአንድ ነገር ላይ አይሰራም።

በአሳንሰር ውስጥ ያለ ነገር

2. በእረፍት ጊዜ በአሳንሰር ውስጥ ያለ ሰው ክብደት = 500 N. በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ² ነው ። ማንሻው ሲፋጠን የውጥረት ኃይል 750 N ነው። የማንሻው ፍጥነት ምንድን ነው?

የሚታወቅ፦

የሰው ክብደት (w) = 500 ኒውተን = 500 ኪ.ግ ms ^–2 (በእረፍት ጊዜ ማንሻ)

የስበት ፍጥነት (ግ) = 10 ms ^–2

የሰው ክብደት (ሜ) = 500 / 10 = 50 ኪ.ግ.

የውጥረት ኃይል (ቲ) = 750 N (ሊፍት የተጣደፈ)

የሊፍት ክብደት ችላ ተብሏል።

ተፈላጊ ፡ የአሳንሰር ማፋጠን

መፍትሔው

በእረፍት ላይ ያለ ሊፍት፣ ፍጥነት መጨመር የለም (a = 0)። ወደ ላይ የሚደረጉ የኃይል ድርጊቶች የመደመር ምልክት አላቸው፣ ወደ ታች የሚደረጉ የኃይል ድርጊቶች የመቀነስ ምልክት አላቸው።

ΣF = ma

ቲ – ወ = 0

ቲ = ወ

ቲ = 500 ኒውተን

ሊፍቱ ወደ ታች ከተጣደፈ የውጥረት ኃይል ትንሹ ከሆነ 500 N ነው። አለበለዚያ ሊፍቱ ወደ ላይ ከተጣደፈ የውጥረት ኃይል የሚበልጠው ከ500 N ነው።

የውጥረት ኃይል = 750 N ምክንያቱም ሊፍቱ ወደ ላይ ስለሚፋጠን። የኃይል እርምጃዎች ወደ ላይ የመደመር ምልክት አላቸው እና የኃይል ድርጊቶች ወደ ታች የመቀነስ ምልክት አላቸው።

ቲ – w = ma

750 – 500 = 50 a

250 = 50 ሀ

a = 250/50

a = 5.0 ms ^–2

3. በአሳንሰር ውስጥ ያለ 60-ኪ.ግ ክብደት ያለው ሰው በ3 ሜ/ሰ ² ፍጥነት ወደ ታች ይንሸራተታል ። በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ² ከሆነ ፣ የአሳንሰሩ ወለል በሰው ላይ የሚፈጥረው መደበኛ ኃይል ምን ያህል ነው።

የሚታወቅ፦

ክብደት (ሜ) = 60 ኪ.ግ.

የሰው እና የአሳንሰር ፍጥነት (a) = 3 ሜ/ሰ ²

በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ ²

ክብደት (w) = mg = (60)(10) = 600 ኒውተን

የሚፈለግ ፡ መደበኛው ኃይል (N)

መፍትሔው

በአሳንሰሩ ውስጥ ባለው ሰው ላይ ሁለት ኃይሎች አሉ፤ እነሱም የሰውየው ክብደት (w) እና ወለሉ በሰውየው ላይ የሚተገበረው መደበኛ ኃይል (N) ናቸው። ሶስት የቬክተር መጠኖች አሉ፤ እነሱም ክብደት (w)፣ መደበኛ ኃይል (N) እና የአሳንሰሩ ፍጥነት (ማፋጠን)፤ ክብደት ወደ ታች የሚንቀሳቀስበት፣ መደበኛው ኃይል ወደ ላይ የሚንቀሳቀስበት፣ የአሳንሰሩ ፍጥነት ወደ ታች የሚሄድበት። ወደ ታች የሚንቀሳቀሱ የቬክተር መጠኖች ወደ ላይ የሚንቀሳቀሱ የፕላስ ምልክት እና የቬክተር መጠኖች የመቀነስ ምልክት አላቸው።

∑F = ma

ወ – N = (60)(3)

600 – N = 180

N = 600 – 180

N = 420 ኒውተን

4. በአሳንሰር ውስጥ 40-ኪ.ግ ክብደት ያለው ነገር ወደ ላይ በፍጥነት የሚሄድ ከሆነ። የአሳንሰሩ ወለል በእቃው ላይ 520 N የሚሠራ ከሆነ እና በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ² ከሆነ ። የአሳንሰሩ ፍጥነት ምንድነው?

የሚታወቅ፦

ክብደት (ሜ) = 40 ኪ.ግ.

መደበኛ ኃይል (N) = 520 N

በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ ²

ክብደት (w) = mg = (40)(10) = 400 N

ተፈላጊ ፡ የሊፍት ፍጥነት መጨመር

መፍትሔው

∑F = ma

400 – 520 = (40)(ሀ)

-120 = (40)(ሀ)

a = -120/40

a = -3 ሜ/ሰ ²

የአሳንሰር ፍጥነት 3 ሜ/ሰ ² ነው ። የመቀነስ ምልክት የሚያሳየው አሳንሰሩ ወደ ላይ እንደሚሄድ ነው።

5. በአሳንሰር ውስጥ ያለ 60-ኪ.ግ ክብደት ያለው ነገር በ3 ሜ/ሰከንድ ፍጥነት ወደ ታች ፍጥነቱን ጨምሯል ^። በአሳንሰሩ ወለል ላይ ያሉ ነገሮች የሚያሳድሩት ኃይል ምንድን ነው?

የሚታወቅ፦

ክብደት (ሜ) = 60 ኪ.ግ.

ክብደት (w) = mg = (60 ኪ.ግ)(10 ሜ/ሰ ² ) = 600 ኪ.ግ ሜ/ሰ ² = 600 ኒውተን

የአሳንሰር ፍጥነት (a) = 3 ሜ/ሰ ² ፣ ወደ ታች

ተፈላጊ ፡ በአሳንሰሩ ወለል ላይ በነገር የሚፈጸም ኃይል።

መፍትሔው

ሊፍት በ3 ሜትር/ሰከንድ ፍጥነት ወደ ታች በፍጥነት ይጓዛል ። የኃይል እርምጃዎች ወደ ታች የመደመር ምልክት አላቸው እና የኃይል ድርጊቶች ወደ ላይ የመቀነስ ምልክት አላቸው።

w – N = ma

N = w – ma

N = 600 – (60)(3)

N = 600 – 180

N = 420 ኒውተን

በአሳንሰሩ ወለል ላይ ባለው ነገር የሚገፋው ኃይል = 420 N.

6. ሁለት ብሎኮች በፑሊ ላይ በሚፈስ ገመድ የተገናኙ ናቸው። የገመዱንና የፑሊውን ክብደት እና በፑሊው ውስጥ ያለውን ማንኛውንም ግጭት ችላ ይበሉ። የቡልቡል A ክብደት 6 ኪ.ግ ሲሆን የቡልቡል B ክብደት 2 ኪ.ግ ነው። በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ² ነው ። የውጥረት ኃይል ምንድን ነው?

የሚታወቅ፦

m _A = 6 ኪ.ግ, m _B = 2 ኪ.ግ, g = 10 ሜትር / ሰ ²

ወ _ሀ = ሜትር _ሀ ግ = (6 ኪ.ግ)(10 ሜ/ሰ ² ) = 60 ኪ.ግ ሜ/ሰ ²

ወ _B = m _B g = (2 ኪ.ግ)(10 ሜ/ሰ ² ) = 20 ኪ.ግ ሜ/ሰ ²

የሚፈለግ ፡ የውጥረት ኃይል (ቲ)?

መፍትሔው

w _A > w _B ስለዚህ m _A ወደ ታች እንዲንቀሳቀስ ፣ m _B ወደ ላይ ይንቀሳቀሳል።

የኒውተን ሁለተኛ ህግ፡

Σ ኤፍ = ማ

w _A – w _B = (m _A + m _B ) a

60 – 20 = (6 + 2) ሀ

40 = (8) ሀ

a = 40 / 8 = 5 ሜ/ሰ ²

የውጥረት ኃይል;

m _A ወደ ታች ይንቀሳቀሳል

ወ _ሀ – ቲ _ሀ = ሜትር _ሀ ሀ

60 – T _A = (6)(5)

60 – TA ₌ 30

TA = 60 – ₃₀

ቲ ₂ = 30 ኒውተን

m _B ወደ ላይ ይንቀሳቀሳል

ቲ _ቢ – ወ _ቢ = ሜትር _ቢ ሀ

ቲ _ቢ – 20 = (2)(5)

ቲ _ቢ – 20 = 10

ቲ _ቢ = 10 + 20

ቲ ₁ = 30 ኒውተን

የውጥረት ኃይል (ቲ) = 30 ኒውተን።

7. የነገር ክብደት A = 5 ኪ.ግ፣ በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት (g) = 10 ms ^-2 ። ነገር A በ2.5 ms ^-2 ወደ ታች ይንቀሳቀሳል ። የB ክብደት ስንት ነው?

የሚታወቅ፦

ክብደት ሀ (ሜ ₎ = 5 ኪ.ግ

በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ ²

የነገር A (a) ፍጥነት መጨመር = 2.5 ሜ/ሰ ²

ክብደት ሀ (ወ _ሀ ) = (ሜ _ሀ )(ግ) = (5)(10) = 50 ኒውተን

የሚፈለግ ፡ የነገር ክብደት B ( _ሜ )

መፍትሔው

ብሎክ ኤ ወደ ታች ስለሚንቀሳቀስ የነገር A (w _{A ) ክብደት ከነገር B (w B} ) ክብደት ይበልጣል ።

የኒውተንን ሁለተኛ ህግ ተግብር፡

Σ ኤፍ = ማ

w _A – w _B = (m _A + m _B ) a

50 – (ሜ) _ቢ )(10) = (5 + ሜ) _ቢ ) (2.5)

50 – 10 ሜትር _B = 12.5 + 2.5 ሜትር _B

50 – 12.5 = 2.5 ሜትር _ቢ + 10 ሜትር _ቢ

37.5 = 12.5 ሜትር _ለ

ሜትር _ቢ = 3 ኪ.ግ

8. በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ² ነው ። የውጥረት ኃይል ምንድን ነው?

የሚታወቅ፦

የነገር ክብደት 1 (ሜ₁) = 2 ኪ.ግ

የነገር 2 ክብደት (ሜ ₂ ) = 3 ኪ.ግ

በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠር ፍጥነት (ግ) = 10 ሜ/ሰ ²

ክብደት 1 (w ₁ ) = (m ₁ )(g) = (2 ኪ.ግ)(10 ሜ/ሰ ² ) = 20 ኪ.ግ ሜ/ሰ ²

ክብደት 2 (w ₂ ) = (m ₂ )(g) = (3 ኪ.ግ)(10 ሜ/ሰ ² ) = 30 ኪ.ግ ሜ/ሰ ²

ተፈላጊ ፡ የውጥረት ኃይል (ቲ)

መፍትሔው

w ₂ > w ₁ ስለዚህ m ₂ ወደ ታች እና m ₁ ወደ ላይ ይንቀሳቀሳል።

የኒውተን ሁለተኛው የእንቅስቃሴ ህግ፡

Σ ኤፍ = ማ

w ₂ – w ₁ = (m ₁ + m ₂ ) a

30 – 20 = (2 + 3) ሀ

10 = (5) ሀ

a = 10 / 5 = 2 ሜ/ሰ ² ።

የውጥረት ኃይል?

m2 ወደ ታች _ይሄዳል

w ₂ – T ₂ = m ₂ a

30 – T ₂ = (3)(2)

30 – ቲ ₂ = 6

ቲ ₂ = 30 – 6

ቲ ₂ = 24 ኒውተን

ሜ ₁ ወደ ላይ ይንቀሳቀሳል

ቲ ₁ – w ₁ = m ₁ a

ቲ ₁ – 20 = (2)(2)

ቲ ₁ – 20 = 4

ቲ ₁ = 20 + 4

ቲ ₁ = 24 ኒውተን

የውጥረት ኃይል (ቲ) = 24 ኒውተን።

1. ጥያቄ; የኒውተን የመጀመሪያ የእንቅስቃሴ ህግ የአንድን ነገር የእንቅስቃሴ ሁኔታ በመቀየር የውጭ ኃይሎች አስፈላጊነትን የሚያጎላው ለምንድነው? መልስ: የኒውተን የመጀመሪያው የእንቅስቃሴ ህግ፣ ብዙውን ጊዜ የኢነርቲያ ህግ ተብሎ የሚጠራው፣ አንድ ነገር በውጫዊ ኃይል ካልተተገበረ በስተቀር በእረፍት ላይ ወይም ቀጥ ባለ መስመር ወጥ በሆነ እንቅስቃሴ እንደሚቆይ ይገልጻል። ይህ ህግ የእንቅስቃሴውን ሁኔታ ሊለውጠው የሚችለው የነገሩን ውስጣዊ ባህሪያት ሳይሆን ውጫዊ ሀይሎቹ መሆናቸውን ያጎላል።
2. ጥያቄ; የኒውተን ሁለተኛ ህግ ኃይልን፣ ክብደትን እና ፍጥነትን እንዴት ያዛምዳል? መልስ: የኒውተን ሁለተኛው የእንቅስቃሴ ህግ በአንድ ነገር ላይ የሚሠራው ኃይል ከተፋጠነው ነገር ብዛት ጋር እኩል መሆኑን ይገልጻል ($F=ma$) ይህም በኃይል እና በማፋጠን መካከል ቀጥተኛ ተመጣጣኝነት እና በጅምላ እና በማፋጠን መካከል የተገላቢጦሽ ተመጣጣኝነት ይፈጥራል፣ ይህም ቋሚ ኃይልን ከግምት ውስጥ በማስገባት።
3. ጥያቄ; ምድር ያለማቋረጥ በእንቅስቃሴ ላይ ብትሆንም ለምን አትንቀሳቀስም? መልስ: ይህ የኒውተንን የመጀመሪያ ህግ የሚያሳይ ምሳሌ ነው። እኛ፣ ከምድር እና በላይዋ ካለው ነገር ሁሉ ጋር፣ በእኩልነት እየተንቀሳቀስን ነው። ይህንን የእንቅስቃሴ ሁኔታ የሚቀይር ውጫዊ ኃይል ከሌለ፣ የፍጥነት ወይም የለውጥ ስሜት አይኖርም፣ ይህም እኛ የቆምን እንድንሆን ያደርገናል።
4. ጥያቄ; የኒውተን ሶስተኛ ህግ በህዋ ውስጥ የሮኬትን ተግባር እንዴት ያብራራል? መልስ: የኒውተን ሶስተኛ ህግ ለእያንዳንዱ እርምጃ እኩል እና ተቃራኒ ምላሽ እንደሚኖር ይደነግጋል። በህዋ ውስጥ ያለ ሮኬት የጭስ ማውጫ ጋዞችን ወደ ኋላ በማስወጣት እራሱን ያንቀሳቅሳል። እርምጃው ጋዝ ወደ ኋላ የሚሄደው ሲሆን ምላሹ ደግሞ ሮኬቱ ወደፊት የሚሄደው ነው።
5. ጥያቄ; በድንገት መኪና ሲቆም ለምን ወደፊት ትሄዳለህ? መልስ: በኒውተን የመጀመሪያ ህግ መሰረት፣ መኪናው ሲቆም ሰውነትዎ እንቅስቃሴውን (ወደፊት) ይቀጥላል። አንድ ኃይል (እንደ የደህንነት ቀበቶ) በእናንተ ላይ ካልሰራ በስተቀር፣ በእንቅስቃሴ ማጣት ምክንያት ወደፊት መጓዛችሁን ትቀጥላላችሁ።
6. ጥያቄ; ላባና መዶሻ በባዶ ቦታ ቢጣሉ የኒውተን ህጎች ስለ እንቅስቃሴያቸው ምን ሊተነብዩ ይችላሉ? መልስ: በቫክዩም ውስጥ የአየር መቋቋም የለም። በኒውተን የመጀመሪያ እና ሁለተኛ ህጎች መሰረት፣ ላባውም ሆነ መዶሻው በተመሳሳይ ፍጥነት መውደቅ እና መሬት ላይ መምታት አለባቸው ምክንያቱም በእነሱ ላይ የሚሠራው ብቸኛው ኃይል የስበት ኃይል ነው።
7. ጥያቄ; የአየር ከረጢት በመኪና አደጋ ወቅት የመጉዳት እድልን እንዴት ይቀንሳል? መልስ: የኒውተን የመጀመሪያ ህግ እንደሚያመለክተው በእንቅስቃሴ ላይ ያለ ነገር በእንቅስቃሴ ላይ ይቆያል። በአደጋ ጊዜ የአንድ ሰው ወደፊት እንቅስቃሴ ይቀጥላል። የአየር ከረጢቱ የመቀነስ ጊዜን የሚጨምር ትራስ ያለው ወለል ይሰጣል፣ በዚህም ሰውየው የሚሰማውን ኃይል ይቀንሳል። $F=ma$.
8. ጥያቄ; ባዶ የግዢ ጋሪን ከተጫነ ጋሪ መግፋት ለምን ቀላል ነው? መልስ: የኒውተን ሁለተኛ ህግ (እ.ኤ.አ.$F=ma$) ለተመሳሳይ የኃይል መጠን፣ አነስተኛ ክብደት ያለው ነገር (ባዶ ጋሪ) ከበለጠ ክብደት ካለው ነገር (ከተጫነ ጋሪ) የበለጠ ፍጥነት እንደሚኖረው ይጠቁማል።
9. ጥያቄ; ዋናተኛ ወደ ፊት ለመሄድ ውሃውን ወደ ኋላ የሚገፋው ለምንድን ነው? መልስ: ይህ የኒውተንን ሶስተኛ ህግ የሚያሳይ ማሳያ ነው። ዋናተኛው ውሃውን ወደ ኋላ ሲገፋ (ድርጊት)፣ ዋናተኛውን ወደፊት የሚያንቀሳቅሰው እኩል እና ተቃራኒ ምላሽ አለ።
10. ጥያቄ; ግጭት ከኒውተን የመጀመሪያ ህግ ጋር እንዴት ይዛመዳል? መልስ: ፍሪክሽን ማለት በነገሮች ላይ እርምጃ ለመውሰድ እንቅስቃሴያቸውን ለማዘግየት ወይም እንቅስቃሴያቸውን ለማስቆም የሚችል ውጫዊ ኃይል ነው። ግጭት (ወይም ሌላ ማንኛውም ውጫዊ ኃይል) ሳይኖር፣ አንድ ነገር በኒውተን የመጀመሪያ ህግ እንደተገለጸው የእንቅስቃሴ ሁኔታውን ላልተወሰነ ጊዜ ይቀጥላል።