20 exemples de les lleis de Newton
Primera llei de Newton
1. Si la força resultant que actua sobre un objecte és igual a zero, aleshores...
(1) l'objecte no accelerarà
(2) els objectes sempre estan en repòs
(3) el canvi en la velocitat de l'objecte és zero
(4) és impossible que un objecte es mogui en línia recta a una velocitat constant
La veritat és que…
A. (1), (2) i (3)
B. Només (1) i (3)
C. Només (2) i (4)
D. (4) només
E. (1), (2), (3) i (4)
Discussió
La resposta correcta és:
(1) L'objecte no accelerarà
La força resultant fa que un objecte acceleri. Si la força resultant és zero, l'objecte no accelerarà.
(2) Els objectes sempre estan en repòs
La Primera Llei de Newton estableix que si la força resultant que actua sobre un objecte és igual a zero, aleshores un objecte que està en repòs romandrà en repòs i un objecte que es mou a una velocitat constant (moviment lineal uniforme) romandrà movent-se a una velocitat constant.
(3) El canvi en la velocitat de l'objecte és zero
Canvi de velocitat = acceleració. Un canvi de velocitat d'un objecte és zero, és a dir, que l'acceleració de l'objecte és zero. Si l'acceleració és zero, la força resultant que actua sobre l'objecte és zero.
La resposta correcta és A.
Objectes a l'ascensor
2. Quan Sandi és en un ascensor estacionari, el seu pes és de 500 N. L'acceleració deguda a la gravetat = 10 ms –2 . Quan l'ascensor accelera, la tensió de la corda esdevé de 750 N. Per tant, l'acceleració de l'ascensor és...
A. 5,0 ms –2
B. 7,5 ms –2
C. 10,0 ms –2
D. 12,5 ms –2
E. 15,0 ms –2
Discussió
Se sap que:
Pes del codi (w) = 500 Newton = 500 kg ms –2 (ascensor en repòs)
Acceleració deguda a la gravetat (g) = 10 m s –2
Massa de la contrasenya (m) = 500 / 10 = 50 kg
Tensió de la corda (T) = 750 N (acceleració de l'ascensor)
Es negligeix la massa de l'ascensor.
Pregunta: Acceleració de l'ascensor
Resposta:
L'ascensor està en repòs, no hi ha acceleració (a = 0). La força ascendent és positiva, la força descendent és negativa.
ΣF = ma
T – w = 0
T = w
T = 500 Newtons
Si l'elevador accelera cap avall, la força de tensió de la corda esdevé inferior a 500 Newtons. En canvi, si l'elevador s'accelera cap amunt, la força de tensió de la corda esdevé superior a 500 Newtons.
La tensió a la corda arriba a 750 N, cosa que fa que l'ascensor acceleri cap amunt. Les forces en la mateixa direcció que el moviment de l'ascensor són positives, i les forces en la direcció oposada són negatives.
T – w = ma
750 – 500 = 50 a
250 = 50 a
a = 250/50
a = 5,0 ms –2
La resposta correcta és A.
3. Una persona amb una massa de 60 kg es troba en un ascensor que es mou cap avall amb una acceleració de 3 ms -2 . Si l'acceleració deguda a la gravetat és de 10 ms -2 , aleshores la magnitud de la força normal exercida pel terra de l'ascensor sobre la persona és...
A. 180 N
B. 200 N
C. 340 N
D. 420 N
E. 600 N
Discussió
Se sap que:
Massa (m) = 60 kg
Acceleració de la persona i l'ascensor (a) = 3 m/ s²
Acceleració deguda a la gravetat (g) = 10 m/ s²
Gravetat (w) = mg = (60)(10) = 600 Newtons
Preguntat: força normal (N)
Resposta:
Hi ha dues forces que actuen sobre una persona en un ascensor, concretament la gravetat (w) i la força normal exercida pel terra de l'ascensor sobre la persona (N). Hi ha tres magnituds vectorials, concretament la gravetat, la força normal i l'acceleració de l'ascensor, on la gravetat es dirigeix cap avall, la força normal es dirigeix cap amunt i l'acceleració de l'ascensor es dirigeix cap avall. La magnitud vectorial dirigida cap avall s'escull amb un signe positiu i la magnitud vectorial dirigida cap amunt s'escull amb un signe negatiu.
∑ F = ma
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 Newtons
La resposta correcta és D.
4. En Reza, amb una massa de 40 kg, es troba en un ascensor que es mou cap amunt. Si la força del terra de l'ascensor sobre els peus d'en Reza és de 520 N i l'acceleració deguda a la gravetat és de 10 ms -2 , aleshores l'acceleració de l'ascensor és...
A. 1,0 ms -2
B. 1,5 ms -2
C. 2,0 ms -2
D. 2,5 ms -2
E. 3,0 ms -2
Discussió
Se sap que:
Massa (m) = 40 kg
Força normal (N) = 520 N
Acceleració deguda a la gravetat (g) = 10 m/ s²
Força de gravetat (w) = mg = (40)(10) = 400 N
Pregunta: Acceleració de l'ascensor
Resposta:
∑ F = ma
400 – 520 = (40)(a)
-120 = (40)(a)
a = -120/40
a = -3 m/ s²
L'acceleració de l'ascensor és de 3 m/s² . El signe negatiu significa que l'ascensor es mou cap amunt.
5. Una persona amb una massa de 60 kg es troba en un ascensor que es mou cap avall amb una acceleració de 3 ms -2 . Quanta pressió exerceixen els peus de les persones sobre el terra de l'ascensor?
Discussió
Se sap que:
Massa de la persona (m) = 60 kg
Pes d'una persona (w) = mg = (60 kg)(10 m/s² ) = 600 kg m/s² = 600 Newtons
Acceleració de l'ascensor (a) = 3 m/s² , cap avall.
Pregunta: Quanta pressió exerceixen els peus d'una persona sobre el terra de l'ascensor?
Resposta:
L'ascensor es mou cap avall amb una acceleració (a) de 3 m/s² . La força en la mateixa direcció que el moviment de l'ascensor és positiva, la força en la direcció oposada al moviment de l'ascensor és negativa.
w – N = ma
N = w – ma
N = 600 – (60)(3)
N = 600 – 180
N = 420 Newtons
Aquesta és la força normal que el terra de l'ascensor exerceix sobre la persona. La persona està immòbil a l'ascensor, de manera que la magnitud de la força normal és igual al pes aparent de la persona. El pes aparent és igual a la pressió dels peus de la persona al terra.
Sistema de càrrega de corda de politja
6. Dos objectes A i B, cadascun amb una massa de 6 kg i 2 kg, estan lligats amb una corda sobre una politja tal com es mostra a la imatge. Si s'ignora la fricció entre la corda i la politja i g = 10 ms -2 , aleshores la tensió de la corda és...
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Discussió
Se sap que:
m A = 6 kg, m B = 2 kg, g = 10 m/s 2
w A = m A g = (6 kg)(10 m/s² ) = 60 kg m/ s²
w B = m B g = (2 kg)(10 m/ s² ) = 20 kg m/ s²
Pregunta: Quina és la força de tensió de la corda (T)?
Resposta:
w A > w B, per tant el sistema es mou en sentit antihorari (m A es mou cap avall, m B es mou cap amunt).
Acceleració
ΣF = ma
w A – w B = (m A + m B ) a
60 – 20 = (6 + 2) a
40 = (8) a
a = 40 / 8 = 5 m/ s²
Tensió de la corda
m A es mou cap avall
w A – T A = m A a
60 – T A = (6)(5)
60 – TA = 30
TA = 60 – 30
T2 = 30 Newtons
m B es mou cap amunt
T B – w B = m B a
T B – 20 = (2)(5)
TB – 20 = 10
T B = 10 + 20
T1 = 30 Newtons
Tensió de la corda (T) = 30 Newtons.
La resposta correcta és D.
7. Mireu la imatge del costat! Es ignora la fricció de la corda i la politja. Si la massa A = 5 kg, g = 10 m s⁻² i A es mou cap avall amb una acceleració de 2,5 m s⁻² , quina és la massa de B?
A. 0,5 kg
B. 1 kg
C. 1,5 kg
D. 2 kg
E. 3 kg
Discussió
Se sap que:
Massa A (m² A ) = 5 kg
Acceleració deguda a la gravetat (g) = 10 m/ s²
Acceleració A o acceleració del sistema (a) = 2,5 m/ s²
Pes A (w A ) = (m A )(g) = (5)(10) = 50 Newtons
Preguntat: quina és la massa de B (m2B )?
Resposta:
El bloc A es mou cap avall, per tant, el pes d'A (w A ) és més gran que el pes de B (w B ).
Aplica la segona llei de Newton:
ΣF = ma
w A – w B = (m A + m B ) a
50 – (mB ) (10) = (5 + mB ) (2,5)
50 – 10 mB = 12,5 + 2,5 mB
50 – 12,5 = 2,5 mB + 10 mB
37,5 = 12,5 m B
mB = 3 kg
La resposta correcta és E.
8. Dos objectes amb masses de 2 kg i 3 kg es lliguen amb una corda i després s'uneixen a una politja la massa de la qual es ignora, tal com es mostra a la imatge.
Si la magnitud de l'acceleració gravitacional = 10 ms -2 , la força de tensió de la corda que experimenta el sistema és...
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Discussió
Se sap que:
m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, g = 10 m/ s₂
w² = (m² ) ( g) = (2 kg)(10 m/ s² ) = 20 kg m/s² o 20 Newtons
w² = (m² ) ( g) = (3 kg)(10 m/ s² ) = 30 kg m/s² o 30 Newtons
Pregunta: Quina és la força de tensió de la corda (T)?
Resposta:
w2 > w1 , per tant el sistema es mou en sentit horari (m2 es mou cap avall, m1 es mou cap amunt).
Acceleració
ΣF = ma
w² – w¹ = ( m² + m² ) a
30 – 20 = (2 + 3) a
10 = (5) a
a = 10 / 5 = 2 m/ s².
Tensió de la corda
m² es mou cap avall
w² – T² = m² a
30 – T2 = (3)(2)
30 – T2 = 6
T2 = 30 – 6
T2 = 24 Newtons
m 1 es mou cap amunt
T 1 – w 1 = m 1 a
T1 – 20 = (2)(2)
T1 – 20 = 4
T1 = 20 + 4
T1 = 24 Newtons
Tensió de la corda (T) = 24 Newtons.
La resposta correcta és B.
9. Dos blocs estan connectats per una politja llisa i la massa de la politja s'ignora com es mostra a la figura. Massa A = m A , massa B = m B i el bloc B cau amb una acceleració a. Si l'acceleració deguda a la gravetat és g, aleshores la magnitud de la tensió de la corda que es produeix al bloc B és...
A. T = mB.a
B. T = mA ( a – g)
C. T = mA ( g – a)
D. T = m B (a – g)
E. T = m B (g – a)
Discussió
La superfície plana és llisa, de manera que no hi ha cap força de fricció que inhibeixi el moviment del bloc A. La força que mou el sistema de blocs és el pes del bloc B.
Calcula l'acceleració del sistema:
Calcula la força de tensió de la corda (T):
Considerem el moviment d'un dels objectes, per exemple A. A es mou cap a la dreta.
Substitueix m A a l'equació 1 per m A a l' equació 2.
La resposta correcta és E.
10. Un bloc amb una massa de 10 kg es col·loca sobre un terra rugós i després és estirat per una força horitzontal F. Si el coeficient de fricció estàtica és μs = 0,5 i el coeficient de fricció cinètica μk = 0,3. Determineu la magnitud de la força de fricció quan el bloc està a punt de moure's. (g = 10 m/s2)
Discussió
El bloc es mourà exactament si la magnitud de la força d'estirament = la magnitud de la força de fricció estàtica màxima. La fricció estàtica actua sobre un objecte (inhibeix el moviment de l'objecte) quan l'objecte s'està estirant però l'objecte encara no s'ha mogut. La fricció estàtica té un valor màxim quan l'objecte està a punt de moure's (l'objecte encara no s'ha mogut, l'objecte gairebé s'està movent). Per contra, la fricció cinètica actua sobre un objecte (inhibeix el moviment de l'objecte) quan l'objecte ja s'està movent.
Se sap que:
Pregunta: Força de fricció estàtica màxima (f)s)?
Resposta:
Si l'objecte es troba en un pla pla com a la imatge, la magnitud de la força normal = el pes de l'objecte.
Força normal (N) = gravetat (w) = 100 Newtons
Fórmula de la força de fricció estàtica màxima:
El coeficient de fricció cinètica no s'utilitza en els càlculs.
11. Dos blocs estan connectats per una corda lleugera estirada per una força horitzontal F = 20 N (vegeu la figura). Si g = 10 ms-2 i el coeficient de fricció cinètica entre el bloc i la superfície és de 0,1, determineu la magnitud de l'acceleració del bloc...
Discussió
Se sap que:
Preguntat: acceleració (a) del bloc?
Resposta:
12. El bloc A amb una massa de 2 kg i el bloc B amb una massa de 4 kg estan disposats tal com es mostra a la imatge. Si el coeficient de fricció del terra és 3 vegades el coeficient de fricció del bloc B, el bloc A es mourà amb una acceleració de 5 m/s.-2Així doncs, la relació entre la força de fricció entre el bloc A i el terra i els blocs A i B és… g = 10 m/s2
Discussió
Se sap que:
Preguntat:
Comparació de la força de fricció del bloc A i el terra (fs A) amb la força de fricció dels blocs A i B (fs B)?
Resposta:
13. Mira la imatge del costat! La massa de cada bloc és m.1 = 2 kg i m2 = 3 kg i la massa de la politja s'ignora. Si la superfície del pla és llisa i g = 10 ms-2, aleshores l'acceleració del sistema és ….
A. 0,5 ms-2
B. 2,0 ms-2
C. 2,5 ms-2
D. 4,0 ms-2
E. 6,0 ms-2
Discussió
Se sap que:
m1 = 2 kg, m²2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w2 = m2 g = (3)(10) = 30 kg m/s2 o 30 Newtons
Pregunta: Acceleració del sistema (a)?
Resposta:
14. Un objecte amb massa està connectat per una corda que passa per una politja llisa, tal com es mostra a la imatge. Si m1 = 2 kg, m²2 = 3 kg i g = 10 ms-2, aleshores la magnitud de la força de tensió de la corda T és…
A. 10,2 N
B. 13,3 N
C. 15,5 N
D. 18,3 N
E. 24,0 N
Discussió
Se sap que:
m1 = 2 kg, m²2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w1 = (2)(10) = 20 Newtons
w2 = (3)(10) = 30 Newtons
Pregunta: Quina és la magnitud de la força de tensió sobre la corda (T)?
Resposta:
w2 = 30 Newtons és més gran que w1 = 20 Newtons, per tant m2 moure cap avall, m1 pujar.
Fórmula de la segona llei de Newton:
La força de tensió de la corda?
Segons la direcció del moviment del sistema o la direcció de l'acceleració del sistema, la direcció de la força gravitatòria m2 cap avall, la direcció de la força de tensió de la corda sobre m2 a la part superior:
w2 - T2 = m2 a
30 - T2 = (3)(2)
30 - T2 = 6
T2 = 30 - 6
T2 = 24 Newtons
Direcció de la gravetat m1 cap avall, la direcció de la força de tensió de la corda sobre m1 a la part superior:
T1 - w1 = (m1)(a)
T1 – 20 = (2)(2)
T1 - 20 = 4
T1 = 4 + 20
T1 = 24 Newtons
Força de tensió de la corda (T) = T1 =T2 = 24 Newtons.
15. Dos blocs, cadascun amb una massa de 4 kg, estan connectats per una corda i una politja tal com es mostra a la figura. La superfície i la politja són llises. Si el bloc B s'estira amb una força horitzontal de 50 N, l'acceleració del bloc és... (g = 10 m/s)2)
A. 1,25 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10 m/s2
D. 12,5 m/s2
E. 15 m/s2
Discussió
Se sap que:
mA = 4 kg, m²B = 4 kg, g = 10 m/s2
wA = (mA)(g) = 4)(10) = 40 Newtons
F = 50 Newtons
Preguntat: acceleració del sistema?
Resposta:
Fórmula de la segona llei de Newton:
L'acceleració d'ambdós blocs és d'1,25 m/s2La direcció del moviment dels dos blocs = la direcció de la força de tracció F.
16. Mireu la imatge del costat! Les masses dels blocs són m1 = 6 kg i m2 = 4 kg, i la massa de la politja s'ignora. Si la superfície del pla és llisa i g = 10 m s −2 , aleshores l'acceleració del sistema és….
A. 0,5 ms-2
B. 2,0 ms-2
C. 2,5 ms-2
D. 4,0 ms-2
E. 5,0 ms-2
Discussió
Se sap que:
m1 = 6 kg, m²2 = 4 kg, g = 10 m/s2
w1 = m1 g = (6 kg)(10 m/s2) = 60 kg m/s2 o 60 Newtons
w2 = m2 g = (4 kg)(10 m/s2) = 40 kg m/s2 o 40 Newtons
Pregunta: acceleració del sistema (a)?
Resposta:
m1es troba sobre una superfície llisa i plana sense fricció, de manera que el sistema és impulsat per gravetat bloc 2.
Terapkan Segona llei de Newton :
∑F = ma
w2 = (m1 +m2) La
40 N = (6 kg + 4 kg) a
40 N = (10 kg) a
a = 40 N/10 kg
a = 4 m/s2
La resposta correcta és D.
17. Dos blocs, cadascun amb una massa de 2 kg, estan connectats per una corda i una politja tal com es mostra a la figura. La superfície i la politja són llises. Si el bloc B s'estira amb una força horitzontal de 40 N, l'acceleració del bloc és... (g = 10 m/ s² )
A. 5 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10 m/s2
D. 12,5 m/s2
E. 15 m/s2
Discussió:
Se sap que:
mA = mB = 2 kg, g = 10 m/s2, F = 40 N
wA = mg = (2)(10) = 20 N
Pregunta: acceleració del bloc (a)?
Resposta:
La superfície del bloc és llisa, per tant la força que afecta el moviment del bloc només és força F i el pes del bloc A.
Aplica la segona llei de Newton:
∑F = ma
F – wA = (mA +mB) La
40 – 20 = (2 + 2) a
20 = (4) a
a = 20/4
a = 5 m/s2
La resposta correcta és A.
Pla inclinat
18. Un bloc amb una massa de 2 kg es troba en un pla inclinat llis amb un angle d'inclinació = 30o, de manera que el bloc es mogui amb acceleració constant. Si g = 10 ms-2, aleshores la magnitud de la força que mou el bloc és...
A. 5 N
B. 6 N
C. 7 N
D. 8 N
E. 10 N
Discussió
Se sap que:
m = 2 kg, g = 10 m/s2, theta = 30o
w = mg = (2)(10) = 20 kg m/s2 = 20 N
Pregunta: Quina força mou el bloc?
Resposta:
La força que mou el bloc és wx.
wx = w sense teta
wx = (20 N)(sin 30o)
wx = (20 N)(0,5)
wx = 10 N.
La força que mou el bloc és de 10 Newtons.
La resposta correcta és E.
19. Dos blocs estan connectats per una corda lleugera estirada per una força horitzontal F = 24 N. g = 10 ms-2 i la superfície del terra és relliscosa. La magnitud de l'acceleració del bloc utilitzant la segona llei de Newton per a cada objecte és...
Discussió
Se sap que:
m1 = 2 kg, m²2 = 4 kg, F = 24 N
Pregunta: Quina és l'acceleració del bloc (a)?
Resposta:
La magnitud de l'acceleració del bloc és d'4 m/s2.
20. Quan està en un ascensor estacionari, el pes de Sandi és de 500 N. Acceleració deguda a la gravetat = 10 ms-2Quan l'ascensor accelera, la tensió de la corda esdevé de 750 N. Per tant, l'acceleració de l'ascensor és...
A. 5,0 ms-2
B. 7,5 ms-2
C. 10,0 ms-2
D. 12,5 ms-2
E. 15,0 ms-2
Discussió
Se sap que:
w = 500 N, g = 10 m/s2, T = 750 N
Pregunta: acceleració de l'ascensor (a)?
Resposta:
Massa de contrasenya:
w = mg
500 = m (10)
m = 500/10
m = 50 kg
La massa de l'ascensor és desconeguda, de manera que la massa total de l'ascensor i el seu contingut és = la massa del codi.
Segons la primera llei de Newton, si l'ascensor està quiet, la força resultant és 0.
La força de tensió de la corda (T) quan l'elevador està parat = 500 N.
Quan l'ascensor accelera, la força de tensió de la corda (T) esdevé de 750 N o augmenta en 250 N.
L'acceleració de l'ascensor és de 5 m/s2 i la direcció de l'acceleració = la direcció del moviment de l'ascensor és cap amunt.
Font de la pregunta:
Preguntes de física de l'examen nacional per a secundària/institut professional
