Законите на Нютон

Законите за движение на Нютон се състоят от три, а именно първи закон на Нютон, втори закон на Нютон и трети закон на Нютон.

Първият закон на Нютон

Първият закон на Нютон гласи, че всеки обект, който е в покой, ще остане в покой или всеки обект, който се движи по права линия с постоянна скорост, ще продължи да се движи по права линия с постоянна скорост, ако общата сила, действаща върху обекта, е нула.

Помислете за обект около вас, например маса, камък или друг обект. Маса, която е в покой, ще остане в покой, ако не се движи или не ѝ се прилага външна сила, като например сила на бутане или дърпане. По същия начин, други обекти, които са в покой. Няма ли сили, действащи върху масата, камъка или друг обект, който е в покой? Има сили, действащи върху обекта, но сумата от всички сили, действащи върху обекта, или общата сила, е равна на нула. Силите, действащи върху обект, който е в покой на повърхността на планета като Земята, са гравитация (w) и нормална сила (N). Посоката на гравитационната сила е перпендикулярна надолу към центъра на Земята, посоката на нормалната сила е перпендикулярна нагоре. Големината на тези две сили е еднаква, но противоположна по посока, следователно общата сила е равна на нула.

А какво ще кажете за обект, движещ се по права линия с постоянна скорост? За да изясним това, да предположим, че бутате обект, например парче метал, по пода. След като бъде бутнато, парчето метал се забавя и след това спира поради наличието на сила на триенеЗа да могат металните части да се движат по-далеч или по-дълго, трябва да изгладите повърхността на пода и повърхността на металните части. Колкото по-гладка е повърхността на пода и повърхността на металните части, толкова по-далеч се движат металните части. Ако повърхността на пода е идеално гладка и няма триене, металните части ще продължат да се движат и няма да спрат. Няма ли сила, действаща върху метално парче, което се движи върху идеално гладка повърхност на пода? Има сили, които действат върху металните части, а именно гравитационни и нормални сили. Тези две сили работят във вертикална посока и не влияят на движението на металните части в хоризонтална посока, ако подът е идеално гладък.

Вторият закон на Нютон

Вторият закон на Нютон гласи, че ако сумарната сила, действаща върху даден обект, не е нула, той ще се ускори. Големината на ускорението е пропорционална на големината на сумарната сила и обратно пропорционална на масата на обекта. Посоката на ускорението е същата като посоката на сумарната сила.

ΣF = ma(1.2)

Описание: ΣF = обща сила (kg m/s²), m = маса (kg), a = ускорение (m/s²)

Уравнение 1.2 е математическо твърдение на втория закон на Нютон.

Ако големината на ускорението е равна на нула (a = 0), тогава уравнение 1.2 се променя на уравнение 1.1. Така първият закон на Нютон е частен случай на втория закон на Нютон.

Въз основа на уравнение 1.2 се заключава, че колкото по-голяма е силата, толкова по-голямо е ускорението. Обратно, колкото по-голяма е масата, толкова по-малко е ускорението. Връзката между сила, маса и ускорение се разбира по-добре след провеждане на експерименти, свързани с това. Един експеримент, който може да се проведе, е експеримент за ускоряване на динамичен влак по релси, използвайки свободно падаща маса. Използвайте таймер, за да определите ускорението на влака.

Третият закон на Нютон

Третият закон на Нютон гласи, че ако обект 1 упражнява сила върху обект 2, то едновременно с това обект 2 упражнява сила върху обект 1. Големината на двете сили е еднаква, но посоката на двете сили е противоположна. Едната сила се нарича действие, а другата сила се нарича противодействие (сила на действие-противодействие).

F_акси = – F_{реакция}                                      S

Уравнение 1.3 е математическо твърдение на третия закон на Нютон. Отрицателният знак в уравнение 1.3 показва посоката на силата.

Проведете експеримент, за да разберете по-добре третия закон на Нютон. Ако имате скейтборд, натиснете се към стена, докато стоите върху него. След като натиснете стената, скейтбордът се движи назад. Вашият тласък е напред, докато скейтбордът се движи назад. Това показва, че стената също ви натиска. Когато натискате стената, едновременно с това стената също ви натиска. Вашата сила на натискане действа върху стената, докато силата на натискане на стената действа върху вас. Двете сили са равни по големина, но противоположни по посока. Можете да наречете едната сила действие, а другата - противодействие.

Друг експеримент, който можете да направите, е да надуете гумен балон и след това да го пуснете, след като се надуе и напълни с въздух. След като го пуснете, балонът „лети“. Посоката на движение на балона е обратна на посоката, в която въздухът излиза от него. Как може да се обясни това? Когато отворът на балона се освободи, балонът избутва въздуха навън. В същото време въздухът също бута балона. Тягата на въздуха кара балона да лети. Тягата на балона действа върху въздуха, а тягата на въздуха действа върху балона. Двете сили са равни по големина, но противоположни по посока.

Пример за проблеми

1. Има 4 предмета, банан = 4 кг, книга = 0,8 кг, баскетболна топка = 3,5 кг, манго = 1,2 кг. Кошницата се дърпа със сила 30 N върху грапава, равна повърхност (μ = 0,4). За да се движи кошницата правилно (масата на кошницата се пренебрегва), предметът, който трябва да се постави в кошницата, е...

Дискусия

Известно е:

Маса на банана (м₁) = 4 кг

Маса на книгата (м₂) = 0,8 кг

Маса на топката (m₃) = 3,5 кг

Маса на мангото (м₄) = 1,2 кг

Сила на опън (F) = 30 N

Коефициент на статично триене (μ_s) = 0,4

Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/s²

Пренебрегнете масата на кошницата

Статична сила на триене (f_s) работи, когато обектът е все още в покой и е на път да се движи, докато кинетичното триене работи, когато обектът се движи.

Попитано: Маса на обект

Джаваб:

Кошницата ще се движи точно когато големината на силата на дърпане (F) = големината на статичната сила на триене (f_s).

Изчислете големината на статичната сила на триене (f_s):

f_s = μ_s N = μ_s w = μ_s мг = (0,4)(м)(10)

f_s = 4 m

Точната кошница ще се премести:

F = f_s

30 4 = XNUMX м

m = 30/4

m = 7,5 кг

Маса на банана 4 кг + маса на топката 3,5 кг = 7,5 кг

Предметите, които трябва да се сложат в кошницата, са банани и топки.

2. Въпрос № 5 за националния изпит по физика за SMA/MA уч. година 2014/2015

Обекти A с маса 6 kg и B с маса 4 kg са свързани с въже и са издърпани със сила F = 60 N, както е показано на следващата фигура.

Ако системата се движи и коефициентът на кинетично триене междуповърхност на пода с двата обекта 0,5 (tg θ = 3/4) и g = 10 ms^-2, тогава е голямода, опъването на Т-образната нишка, свързваща двата обекта, е….

A. 28,8 N

Б. 30,0 N

C. 39,6 N

D. 48,0 N

Източна 50,0 северна ширина

Дискусия

Известно е, че:

Маса на обект А (м_A) = 6 кг

Маса на обект B (m_B) = 4 кг

Сила на опън (F) = 60 нютона

Коефициентът на кинетично триене между обекта и пода (μ_k) = 0,5

Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/s²

Тангенса θ = 3/4

Попитано: Голямо ли е?да опъване на въжето T

Отговор:

Хоризонтален компонент на силата F:

F_x = Fcosθ

F_x = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 Н

Вертикалната компонента на силата F:

F_y = F sin θ

F_y = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 Н

Нормална сила на обект А:

N_A =w_A = m_A g = (6)(10) = 60 Н

Нормална сила на обект B:

N_B + F_y - w_B = 0

N_B + F_y =w_B

N_B =w_B - F_y = m_B г – Ф_y = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 Н

Кинетична сила на триене между обект А и пода:

f_kA = μ_k N_A = (0,5)(60) = 30 Н

Кинетична сила на триене между обект B и пода:

f_kB = μ_k N_B = (0,5)(4) = 2 Н

Изчислете ускорението на двата обекта:

ΣF = mA

F_x – Т + Т – ф_kB - f_kA = (м_A + м_B) На

Силата на опън в нишката T е със същата величина по дължината на нишката и има обратна посока, така че се елиминира от уравнението.

F_x - f_kB - f_kA = (м_A + м_B) На

48 – 2 – 30 = (6 + 4) а

16 = 10 а

а = 16/10

a = 1,6 м/с²

Изчислете силата на опън на въжето T:

Да разгледаме обект А. Силите, действащи върху обект А в хоризонтална (хоризонтална) посока, са силата на опън на въжето (T), която е насочена надясно, и кинетичната сила на триене (f_kA), което е отляво.

ΣF = mA

T_A - f_kA = m_A a

T_A - 30 = (6)(1,6)

T_A - 30 = 9,6

T_A = 9,6 + 30 = 39,6 N

Да разгледаме обект B. Силите, действащи върху обект B в хоризонтална (хоризонтална) посока, са силата F_x която е насочена надясно, кинетичната сила на триене (f_kB) и силата на опън на въжето (T), която е насочена наляво.

ΣF = mA

F_x - f_kB - T_B = m_B a

48 – 2 – Т_B = (4)(1,6)

46 – Т_B = 6,4

46 – 6,4 = Т_B

T_B = 39,6 N

Така силата на опън в нишката, действаща върху обект A (T_A) = сила на опън във въжето, действаща върху обект B (T_B) = 39,6 Н.

Верният отговор е C.

3. Въпрос № 5 от националния изпит по физика за SMA/MA уч. година 2014/2015

Вижте следната снимка!

В резултат на силата F, системата от обекти се движи. Ако подът е неравен и коефициентът на кинетично триене между двата блока и пода е 0,2, какво е ускорението, изпитвано от двата обекта? (cos 37^o = 0,8, грях 37^o = 0,6)

A. 2,6 мс^-2

Б. 4,0 мс^-2

C. 5,2 мс^-2

D. 7,8 мс^-2

E. 10,2 мс^-2

Дискусия

Известно е, че:

Маса на обект А (м_A) = 4 кг

Маса на обект B (m_B) = 2 кг

Сила на опън (F) = 30 нютона

Коефициентът на кинетично триене между обекта и пода (μ_k) = 0,2

Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/s²

cos 37^o = 0,8

без 37^o = 0,6

Попитано: Какво ускорение изпитват и двата обекта?

Отговор:

Хоризонтален компонент на силата F:

F_x = Fcosθ

F_x = (30)(0,8) = 24 Н

Вертикалната компонента на силата F:

F_y = F sin θ

F_y = (30)(0,6) = 18 Н

Нормална сила на обект А:

N_A =w_A = m_A g = (4)(10) = 40 Н

Нормална сила на обект B:

N_B + F_y - w_B = 0

N_B + F_y =w_B

N_B =w_B - F_y = m_B г – Ф_y = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 Н

Кинетична сила на триене между обект А и пода:

f_kA = μ_k N_A = (0,2)(40) = 8 Н

Кинетична сила на триене между обект B и пода:

f_kB = μ_k N_B = (0,2)(2) = 0,4 Н

Изчислете ускорението на двата обекта:

ΣF = mA

F_x - f_kB - f_kA = (м_A + м_B) На

24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) а

15,6 = 6 а

а = 15,6/6

a = 2,6 м/с²

Верният отговор е А.