Newtons Gesetzformel

Beispielaufgaben und Formeln zu den Newtonschen Gesetzen

Newtons erstes Gesetz

1. Eine Person befindet sich in einem Aufzug, der sich mit konstanter Geschwindigkeit nach oben bewegt. Die Person wiegt 800 N. Plötzlich reißt das Stahlseil, das den Aufzug zieht, wodurch der Aufzug abstürzt. Normalkraft vom Aufzugsboden bis zu der Person unmittelbar vor und nach dem Bruch des Stahlseils ist….

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

Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Gewicht (w) = 800 Newton
Frage: Die Normalkraft (N), die unmittelbar vor und nach dem Bruch des Stahlseils auf die Person wirkt.
Antwort:
Momente bevor das Stahlseil brach
Wenn eine Person im Aufzug steht, wirkt die Schwerkraft nach unten auf sie (siehe Abbildung unten). Da die Person im Aufzug ruht, wirkt eine Normalkraft, die ihr Gewicht ausgleicht. Diese Normalkraft wirkt nach oben und ist gleich groß wie die Schwerkraft. Die Normalkraft, die der Boden auf die Person ausübt, wirkt auf sie.
Da die Person im Aufzug stillsteht und sich der Aufzug mit konstanter Geschwindigkeit bewegt (keine Beschleunigung), ist die resultierende Kraft, die auf die Person wirkt, null.
∑F = 0
N – w = 0
N = w
N = 800 Newton

Nachdem das Stahlseil gebrochen war
Nach dem Reißen des Stahlseils stürzen Aufzug und Person gemeinsam frei. Die Fallbeschleunigung von Aufzug und Person entspricht dabei der Erdbeschleunigung. Da Aufzug und Person frei fallen, wirkt keine Normalkraft vom Aufzugboden auf die Person. Die Person fällt, und ihre Füße können sich nicht auf dem Aufzugboden abstützen, da der Aufzug ebenfalls fällt.
Die richtige Antwort ist A.

2. Drei Kräfte, von denen jede die Stärke F hat.₁ = 22 N, F₂ = 18 N und F₃ Eine Kraft von 40 N wirkt auf einen Holzblock. Die auf den Block wirkenden Kräfte, die dem ersten Newtonschen Gesetz gehorchen, sind in der Abbildung dargestellt…

Diskussion

Newtons erstes Gesetz: Resultierende Kraft (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 (nach rechts)

C. F₂ + F₃ - F₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (nach rechts)

D. F₁ + F₃ - F₂ = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (nach links)

Die richtige Antwort ist A.

Newtons zweites Gesetz

3.
Schau dir das Bild an!
Ein 40 kg schwerer Block wird mit einer Kraft von 200 N gezogen, was zu einer Beschleunigung von 3 m/s führt.² Die Größe der Reibungskraft, die auf das Objekt/den Block wirkt, beträgt also...

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

Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Masse (m) = 40 kg
Kraft (F) = 200 N
Beschleunigung (a) = 3 m/s²
Frage: Die Größe der Reibungskraft (F)_g)
Antwort:
Formel des zweiten Newtonschen Gesetzes:
∑F = ma
Beschreibung: ∑F = resultierende Kraft, m = Masse, a = Beschleunigung

Die Kraft F wirkt nach rechts, die Reibungskraft nach links (sie ist der Bewegungsrichtung des Objekts entgegengesetzt). Die Richtung nach rechts wird als positiv, die Richtung nach links als negativ definiert.
∑F = ma
F - F_g = ma
200 – F_g = (40)(3)
200 – F_g = 120
F_g = 200 - 120
F_g = 80 Newton
Die richtige Antwort ist D.

4. Block A mit einer Masse von 100 Gramm wird auf Block B mit einer Masse von 300 Gramm gelegt. Anschließend wird Block B mit einer Kraft von 5 N senkrecht nach oben gedrückt. Wenn sich die Blöcke nicht gegenseitig bewegen, beträgt die Normalkraft von Block B auf Block A …

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

Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Schubkraft (F) = 5 Newton
Masse des Blocks A (m_A) = 100 Gramm = 0,1 kg
Masse des Blocks B (m_B) = 300 Gramm = 0,3 kg
Erdbeschleunigung (g) = 10 m/s²
Gewicht von Block A (w_A) = (0,1 kg)(10 m/s²) = 1 kg m/s² = 1 Newton
Gewicht von Block B (w_B) = (0,3 kg)(10 m/s²) = 3 kg m/s² = 3 Newton

Frage: Normalkraft von Block B auf Block A
Antwort:
Auf beide Blöcke wirken mehrere Kräfte, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
F = Schubkraft (wirkt auf Block B)
w_A = die Gewichtskraft von Block A (die auf Block A wirkt)
w_B = das Gewicht von Block B (das auf Block B wirkt)
N_A = Normalkraft von Block B auf Block A (wirkt auf Block A)
N_A' = Normalkraft von Block A auf Block B (wirkt auf Block B)

Betrachten Sie beide Blöcke als ein einziges System:
Wende das zweite Newtonsche Gesetz auf beide Blöcke an:
∑F = ma
F – w_A - w_B + N_A - N_A' = (m_A +m_B) Die
N_A und N_A' ist eine Aktions-Reaktionskraft, die die gleiche Größe, aber die entgegengesetzte Richtung hat, daher wird sie aus der Gleichung eliminiert.
F – w_A - w_B = (m_A +m_B) Die
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
Das Vorhandensein einer Kraft (F) von 5 Newton, die senkrecht nach oben auf beide Blöcke wirkt, bewirkt, dass sich beide Blöcke senkrecht nach oben mit einer Beschleunigung von 2,5 m/s bewegen.².

Betrachten wir Block A:
Wende das zweite Newtonsche Gesetz auf Block A an:
∑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 Newton
Die Normalkraft von Block B auf Block A beträgt 1,25 Newton.
Die richtige Antwort ist B.

Newtons drittes Gesetz

5. Beachten Sie die folgende Aussage!

(1) Die Fahrgäste wurden nach vorne gedrückt, als der Bus, der gleichmäßig fuhr, plötzlich stark bremste.

(2) Der Bücherstapel auf dem Karton fällt nicht herunter, wenn man schnell am Karton zieht.

(3) Beim Skateboardfahren gleitet das Skateboard nach vorne, wenn der freie Fuß den Boden nach hinten drückt.

(4) Das Paddel des Bootes wird zurückgeschoben, das Boot fährt vorwärts.

Die obige Aussage, die mit Newtons drittem Gesetz übereinstimmt, lautet...

A. (1) und (2)

B. (1) und (3)

C. (2) und (3)

D. (3) und (4)

Diskussion

(1) Newtons erstes Gesetz

(2) Newtons erstes Gesetz

(3) Newtons drittes Gesetz

(4) Newtons drittes Gesetz

Die richtige Antwort ist D.

Fragequelle:

Nationale Prüfungsfragen für Naturwissenschaften an der Junior High School/Islamischen Junior High School

Physik-OSN-Fragen für die Mittelstufe