Newtonův zákon

Příklady otázek a vzorců pro Newtonovy zákony

Newtonův první zákon

1. Osoba je ve výtahu, který se pohybuje konstantní rychlostí nahoru. Hmotnost osoby je 800 N. Náhle se přetrhne ocelové lano táhnoucí výtah, což způsobí pád výtahu. Normálová síla působící na osobu bezprostředně před a po přetržení ocelového lana je….

1. 800 N a 0
2. 800 N a 800 N
3. 1600 N a 0
4. 1600 N a 800 N

Diskuse
Je známo, že:
Hmotnost (w) = 800 Newtonů
Otázka: Normálová síla (N) působící na osobu bezprostředně před a po přetržení ocelového lana
Odpověď:
Chvíle předtím, než se ocelové lano přetrhlo
Když osoba stojí na podlaze výtahu, působí na ni gravitační síla a směr gravitace směřuje dolů (viz obrázek níže). Osoba ve výtahu stojí, takže musí existovat normálová síla, která vyvažuje její hmotnost, přičemž tato síla má směr nahoru a je stejně velká jako gravitace. Normálová síla, kterou podlaha vyvíjí na osobu, na ni působí.
Protože osoba ve výtahu stojí a výtah se pohybuje konstantní rychlostí (bez zrychlení), výsledná síla působící na osobu je nulová.
∑F = 0
S – š = 0
N = w
N = 800 Newtonů

Poté, co se přetrhlo ocelové lano
Po přetržení ocelového lana výtah a osoba volně padají společně, přičemž velikost a směr zrychlení volného pádu výtahu a osoby se rovnají zrychlení v důsledku gravitace na Zemi. Výtah a osoba padají volně společně, takže na osobu nepůsobí žádná normálová síla ze strany podlahy výtahu. Osoba padá a její nohy nemohou tlačit na podlahu výtahu, protože výtah také padá.
Správná odpověď je A.

2. Na dřevěný blok působí tři síly o velikosti F1 ₌ 22 N, F2 ₌ 18 N a F3 ₌ 40 N. Síly působící na blok, které se řídí prvním Newtonovým zákonem, jsou znázorněny na obrázku...

Diskuse

Newtonův první zákon: Výsledná síla ( ΣF) = 0.

A. F1 ₊ F2 _– F3 ₌ 22 N + 18 N – 40 N = 40 N – 40 N = 0

B. F2 ₊ F3 _– F1 ₌ 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (vpravo)

C. _F2 + F3 _– F1 ₌ 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (vpravo)

D. F1 ₊ F3 _– F2 ₌ 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (vlevo)

Správná odpověď je A.

Newtonův druhý zákon

3.
Podívejte se na obrázek!
Blok o hmotnosti 40 kg je tažen silou 200 N, což má za následek zrychlení 3 m/s.² Velikost třecí síly, která působí na předmět/blok, je tedy...

1. 15 N
2. 40 N
3. 43 N
4. 80 N

Diskuse
Je známo, že:
Hmotnost (m) = 40 kg
Síla (F) = 200 N
Zrychlení (a) = 3 m/s²
Otázka: Velikost třecí síly (F)_g)
Odpověď:
Vzorec druhého Newtonova zákona:
∑F = ma
Popis: ∑F = výsledná síla, m = hmotnost, a = zrychlení

Směr síly F je vpravo, zatímco směr tření je vlevo (směr tření je opačný ke směru pohybu tělesa). Směr vpravo je zvolen jako kladný a směr vlevo jako záporný.
∑F = ma
F – F_g = má
200-F_g = (40)(3)
200-F_g = 120
F_g = 200 - 120
F_g = 80 Newtonů
Správná odpověď je D.

4. Blok A o hmotnosti 100 gramů je umístěn na bloku B o hmotnosti 300 gramů, poté je blok B tlačen svisle nahoru silou 5 N. Pokud se bloky vzájemně nepohybují, pak je velikost normálové síly působící blokem B na blok A….

1. 1 N
2. 1,25 N
3. 2 N
4. 3 N

Diskuse
Je známo, že:
Tahová síla (F) = 5 Newtonů
Hmotnost bloku A (m_A) = 100 gramů = 0,1 kg
Hmotnost bloku B (m_B) = 300 gramů = 0,3 kg
Gravitační zrychlení (g) = 10 m/s²
Hmotnost bloku A (w_A) = (0,1 kg)(10 m/s²) = 20 000 kg m/s² = 1 Newtonů
Hmotnost bloku B (w_B) = (0,3 kg)(10 m/s²) = 20 000 kg m/s² = 3 Newtonů

Otázka: Normálová síla působící na blok B na blok A
Odpověď:
Na oba bloky působí několik sil, jak je znázorněno na obrázku níže.
F = axiální síla (působící na blok B)
w_A = gravitační síla bloku A (působící na blok A)
w_B = hmotnost bloku B (působící na blok B)
N_A = normálová síla působící na blok B na blok A (působící na blok A)
N_A' = normálová síla působící na blok A na blok B (působící na blok B)

Uvažujme oba bloky jako jeden systém:
Aplikujte druhý Newtonův zákon na oba bloky:
∑F = ma
P – t_A - w_B + N_A - N_A' = (m_A +m_B) na
N_A a N._A' je akční síla reakce, která má stejnou velikost, ale opačný směr, takže je z rovnice vyloučena.
P – t_A - w_B = (m_A +m_B) na
5 – 1 – 3 = (0,1 + 0,3) a
5 – 4 = (0,4) a
1 = (0,4) a
a = 1 / 0,4
a = 2,5 m/s²
Přítomnost síly (F) 5 Newtonů působící svisle nahoru na oba bloky způsobí, že se oba bloky pohybují svisle nahoru se zrychlením 2,5 m/s.².

Vezměme si blok A:
Aplikujte druhý Newtonův zákon na blok A:
∑F = ma
N_A - w_A = m_A a
N_A – 1 = (0,1)(2,5)
N_A - 1 = 0,25
N_A = 1 + 0,25
N_A = 1,25 Newtonů
Normálová síla působící na blok A od bloku B je 1,25 Newtona.
Správná odpověď je B.

Newtonův třetí zákon

5. Věnujte pozornost následujícímu tvrzení!

(1) Cestující byli tlačeni dopředu, když autobus, který se pohyboval stabilně, náhle prudce zabrzdil.

(2) Hromada knih na kartonu nespadne, když se karton rychle vytáhne.

(3) Při hraní na skateboardu, když volná noha tlačí na zem dozadu, skateboard se bude posouvat dopředu.

(4) Pádlo lodi je zatlačeno dozadu, loď se pohybuje vpřed.

Výše uvedené tvrzení, které je v souladu s třetím Newtonovým zákonem, je...

A. (1) a (2)

B. (1) a (3)

C. (2) a (3)

D. (3) a (4)

Diskuse

(1) Newtonův první zákon

(2) Newtonův první zákon

(3) Newtonův třetí zákon

(4) Newtonův třetí zákon

Správná odpověď je D.

Zdroj otázky:

Otázky z celostátní zkoušky z přírodních věd pro druhý stupeň základní školy/islámského stupně základní školy

Otázky OSN z fyziky pro druhý stupeň základní školy