20 exemplos das leis de Newton
Primeira lei de Newton
1. Se a forza resultante que actúa sobre un obxecto é igual a cero, entón...
(1) o obxecto non acelerará
(2) os obxectos están sempre en repouso
(3) o cambio na velocidade do obxecto é cero
(4) é imposible que un obxecto se mova en liña recta a unha velocidade constante
A verdade é que…
A. (1), (2) e (3)
B. Só (1) e (3)
C. (2) e (4) só
D. (4) só
E. (1), (2), (3) e (4)
Discusión
A resposta correcta é:
(1) O obxecto non acelerará
A forza resultante fai que un obxecto acelere. Se a forza resultante é cero, o obxecto non acelerará.
(2) Os obxectos están sempre en repouso
A Primeira Lei de Newton afirma que se a forza resultante que actúa sobre un obxecto é cero, entón un obxecto que está en repouso permanecerá en repouso e un obxecto que se move a unha velocidade constante (movemento lineal uniforme) permanecerá movéndose a unha velocidade constante.
(3) O cambio na velocidade do obxecto é cero
Cambio de velocidade = aceleración. Un cambio de velocidade dun obxecto é cero, o que significa que a aceleración do obxecto é cero. Se a aceleración é cero, a forza resultante que actúa sobre o obxecto é cero.
A resposta correcta é A.
Obxectos no ascensor
2. Cando Sandi está nun ascensor parado, o seu peso é de 500 N. A aceleración da gravidade = 10 ms –2 . Cando o ascensor acelera, a tensión na corda convértese en 750 N. Polo tanto, a aceleración do ascensor é…
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
Discusión
Sábese que:
Peso do código (w) = 500 Newton = 500 kg ms –2 (ascensor en repouso)
Aceleración da gravidade (g) = 10 m s –2
Contrasinal Masa (m) = 500 / 10 = 50 kg
Tensión da corda (T) = 750 N (acelerado polo ascensor)
Despregáse a masa do elevador.
Pregunta: Aceleración do ascensor
Resposta:
O ascensor está en repouso, non hai aceleración (a = 0). A forza cara arriba é positiva, a forza cara abaixo é negativa.
ΣF = ma
T – w = 0
T = w
T = 500 Newtons
Se o elevador acelera cara abaixo, a forza de tensión na corda faise inferior a 500 Newtons. Pola contra, se o elevador se acelera cara arriba, a forza de tensión na corda faise superior a 500 Newtons.
A tensión na corda chega a 750 N, o que fai que o ascensor acelere cara arriba. As forzas na mesma dirección que o movemento do ascensor son positivas e as forzas na dirección oposta son negativas.
T – w = ma
750 – 500 = 50 unidades
250 = 50 unha
a = 250 / 50
a = 5,0 ms –2
A resposta correcta é A.
3. Unha persoa cunha masa de 60 kg está nun ascensor que se move cara abaixo cunha aceleración de 3 ms -2 . Se a aceleración debida á gravidade é de 10 ms -2 , entón a magnitude da forza normal exercida polo chan do ascensor sobre a persoa é...
A. 180 N
B. 200 N
C. 340 N
D. 420 N
E. 600 N
Discusión
Sábese que:
Masa (m) = 60 kg
Aceleración da persoa e do ascensor (a) = 3 m/ s²
Aceleración da gravidade (g) = 10 m/ s²
Gravidade (w) = mg = (60)(10) = 600 Newtons
Pregunta: forza normal (N)
Resposta:
Sobre unha persoa nun ascensor actúan dúas forzas, concretamente a gravidade (w) e a forza normal exercida polo chan do ascensor sobre a persoa (N). Existen tres cantidades vectoriais, concretamente a gravidade, a forza normal e a aceleración do ascensor, onde a gravidade se dirixe cara abaixo, a forza normal se dirixe cara arriba e a aceleración do ascensor se dirixe cara abaixo. A cantidade vectorial dirixida cara abaixo elíxese para que teña signo positivo e a cantidade vectorial dirixida cara arriba elíxese para que teña signo negativo.
∑ F = ma
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 Newtons
A resposta correcta é D.
4. Reza, cunha masa de 40 kg, está nun ascensor que se move cara arriba. Se a forza do chan do ascensor sobre os pés de Reza é de 520 N e a aceleración da gravidade é de 10 ms -2 , entón a aceleración do ascensor é...
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
Discusión
Sábese que:
Masa (m) = 40 kg
Forza normal (N) = 520 N
Aceleración da gravidade (g) = 10 m/ s²
Forza da gravidade (w) = mg = (40)(10) = 400 N
Pregunta: Aceleración do ascensor
Resposta:
∑ F = ma
400 – 520 = (40)(a)
-120 = (40)(a)
a = -120/40
a = -3 m/ s²
A aceleración do ascensor é de 3 m/s² . O signo negativo significa que o ascensor se move cara arriba.
5. Unha persoa cunha masa de 60 kg está nun ascensor que se move cara abaixo cunha aceleración de 3 ms -2 . Canta presión exercen os pés das persoas sobre o chan do ascensor?
Discusión
Sábese que:
Masa da persoa (m) = 60 kg
Peso dunha persoa (p) = mg = (60 kg)(10 m/s² ) = 600 kg m/s² = 600 Newtons
Aceleración do ascensor (a) = 3 m/s² , cara abaixo.
Pregunta: Canta presión exercen os pés dunha persoa sobre o chan do ascensor?
Resposta:
O ascensor móvese cara abaixo cunha aceleración (a) de 3 m/s² . A forza na mesma dirección que o movemento do ascensor é positiva, a forza na dirección oposta ao movemento do ascensor é negativa.
w – N = ma
N = w – ma
N = 600 – (60)(3)
N = 600 – 180
N = 420 Newtons
Esta é a forza normal que o chan do ascensor exerce sobre a persoa. A persoa está parada no ascensor, de xeito que a magnitude da forza normal é igual ao peso aparente da persoa. O peso aparente é igual á presión dos pés da persoa no chan.
Sistema de carga de corda de polea
6. Dous obxectos A e B, cada un cunha masa de 6 kg e 2 kg, están atados cunha corda sobre unha polea como se mostra na imaxe. Se se ignora a fricción entre a corda e a polea e g = 10 ms -2 , entón a tensión na corda é...
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Discusión
Sábese 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: Cal é a forza de tensión da corda (T)?
Resposta:
w A > w B , polo tanto o sistema móvese en sentido antihorario (m A móvese cara abaixo, m B móvese cara arriba).
Aceleración
ΣF = ma
w A – w B = (m A + m B ) a
60 – 20 = (6 + 2) a
40 = (8) unha
a = 40 / 8 = 5 m/ s²
Tensión da corda
m A móvese cara abaixo
w A – T A = m A a
60 – T A = (6)(5)
60 – TA = 30
TA = 60 – 30
T2 = 30 Newtons
m B móvese cara arriba
T B – w B = m B a
T B – 20 = (2)(5)
TB – 20 = 10
T B = 10 + 20
T1 = 30 Newtons
Tensión da corda (T) = 30 Newtons.
A resposta correcta é D.
7. Observa a imaxe do lado! Ignórase a fricción da corda e a polea. Se a masa A = 5 kg, g = 10 m s⁻² e A móvese cara abaixo cunha aceleración de 2,5 m s⁻² , cal é a masa de B?
A. 0,5 kg
B. 1 kg
1,5 kg
D. 2 kg
E. 3 kg
Discusión
Sábese que:
Masa A (m² A ) = 5 kg
Aceleración da gravidade (g) = 10 m/ s²
Aceleración A ou aceleración do sistema (a) = 2,5 m/ s²
Peso A (w A ) = (m A )(g) = (5)(10) = 50 newtons
Pregunta: cal é a masa de B (m2B )?
Resposta:
O bloque A móvese cara abaixo, polo tanto, o peso de A (w A ) é maior que o peso de B (w B ).
Aplica a segunda lei de Newton:
ΣF = ma
w A – w B = (m A + m B ) a
50 – (mB ) (10) = (5 + mB ) (2,5)
50 – 10 m B = 12,5 + 2,5 m B
50 – 12,5 = 2,5 m³ + 10 m³
37,5 = 12,5 metros cúbicos
m B = 3 kg
A resposta correcta é E.
8. Dous obxectos con masas de 2 kg e 3 kg están atados cunha corda e despois suxírense a unha polea cuxa masa se ignora como se mostra na imaxe.
Se a magnitude da aceleración gravitacional = 10 ms -2 , a forza de tensión da corda experimentada polo sistema é...
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Discusión
Sábese que:
m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, g = 10 m/ s₂
w² = (m² ) (g) = (2 kg)(10 m/s² ) = 20 kg m/s² ou 20 Newtons
w² = (m² ) (g) = (3 kg)(10 m/s² ) = 30 kg m/s² ou 30 Newtons
Pregunta: Cal é a forza de tensión da corda (T)?
Resposta:
w2 > w1 , polo tanto o sistema móvese no sentido das agullas do reloxo (m2 móvese cara abaixo, m1 móvese cara arriba).
Aceleración
ΣF = ma
w² – w¹ = ( m¹ + m² ) a
30 – 20 = (2 + 3) a
10 = (5) unha
a = 10 / 5 = 2 m/ s².
Tensión da corda
m² móvese cara abaixo
w² – T² = m² a
30 – T2 = (3)(2)
30 – T2 = 6
T2 = 30 – 6
T2 = 24 Newtons
m 1 móvese cara arriba
T 1 – w 1 = m 1 a
T1 – 20 = (2)(2)
T1 – 20 = 4
T1 = 20 + 4
T1 = 24 Newtons
Tensión da corda (T) = 24 Newtons.
A resposta correcta é B.
9. Dous bloques están conectados por unha polea lisa e a masa da polea ignórase como se mostra na figura. Masa A = m A , masa B = m B e o bloque B cae cunha aceleración a. Se a aceleración debida á gravidade é g, entón a magnitude da tensión da corda que se produce no bloque B é…
A. T = mB.a
B. T = m A (a – g)
C. T = mA ( g – a)
D. T = m B (a – g)
E. T = m B (g – a)
Discusión
A superficie plana é lisa, polo que non hai forza de fricción que inhiba o movemento do bloque A. A forza que move o sistema de bloques é o peso do bloque B.
Calcula a aceleración do sistema:
Calcula a forza de tensión da corda (T):
Considere o movemento dun dos obxectos, por exemplo A. A móvese á dereita.
Substitúese mA na ecuación 1 por mA na ecuación 2.
A resposta correcta é E.
10. Un bloque cunha masa de 10 kg colócase sobre un chan rugoso e despois é tirado por unha forza horizontal F. Se o coeficiente de rozamento estático é μs = 0,5 e o coeficiente de rozamento cinético μk = 0,3. Determina a magnitude da forza de rozamento cando o bloque está a piques de moverse. (g = 10 m/s2)
Discusión
O bloque moverase exactamente se a magnitude da forza de tracción = a magnitude da forza máxima de fricción estática. A fricción estática actúa sobre un obxecto (inhibe o movemento do obxecto) cando o obxecto está a ser tirado pero o obxecto aínda non se moveu. A fricción estática ten un valor máximo cando o obxecto está a piques de moverse (o obxecto aínda non se moveu, o obxecto case se está movendo). Pola contra, a fricción cinética actúa sobre un obxecto (inhibe o movemento do obxecto) cando o obxecto xa se está movendo.
Sábese que:
Pregunta: Forza máxima de rozamento estático (f)s)?
Resposta:
Se o obxecto está sobre un plano como na imaxe, a magnitude da forza normal = o peso do obxecto.
Forza normal (N) = gravidade (w) = 100 Newtons
Fórmula da forza de rozamento estático máxima:
O coeficiente de rozamento cinético non se emprega nos cálculos.
11. Dous bloques están conectados por unha corda lixeira tirada por unha forza horizontal F = 20 N (véxase a figura). Se g = 10 ms-2 e o coeficiente de rozamento cinético entre o bloque e a superficie é 0,1, determine a magnitude da aceleración do bloque...
Discusión
Sábese que:
Preguntouse: aceleración (a) do bloque?
Resposta:
12. O bloque A cunha masa de 2 kg e o bloque B cunha masa de 4 kg están dispostos como se mostra na imaxe. Se o coeficiente de rozamento do chan é 3 veces o coeficiente de rozamento do bloque B, o bloque A moverase cunha aceleración de 5 m/s.-2Entón, a relación da forza de rozamento entre o bloque A e o chan con respecto aos bloques A e B é… g = 10 m/s2
Discusión
Sábese que:
Preguntou:
Comparación da forza de rozamento do bloque A e o chan (fs A) coa forza de rozamento dos bloques A e B (fs B)?
Resposta:
13. Mira a imaxe do lado! A masa de cada bloque é m.1 = 2 kg e m2 = 3 kg e ignórase a masa da polea. Se a superficie do plano é lisa e g = 10 ms-2, entón a aceleración do sistema é …
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
Discusión
Sábese que:
m1 = 2 kg, m²2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w2 = m2 g = (3)(10) = 30 kg m/s2 ou 30 Newtons
Pregunta: Aceleración do sistema (a)?
Resposta:
14. Un obxecto con masa está conectado por unha corda que pasa por unha polea lisa como se mostra na imaxe. Se m1 = 2 kg, m²2 = 3 kg e g = 10 ms-2, entón a magnitude da forza de tensión da corda T é…
A. 10,2 N
B. 13,3 N
C. 15,5 N
D. 18,3 N
E. 24,0 N
Discusión
Sábese que:
m1 = 2 kg, m²2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w1 = (2)(10) = 20 Newtons
w2 = (3)(10) = 30 Newtons
Pregunta: Cal é a magnitude da forza de tensión sobre a corda (T)?
Resposta:
w2 = 30 Newtons é maior que w1 = 20 Newtons, polo tanto m2 baixar, m1 subir.
Fórmula da segunda lei de Newton:
A forza de tensión da corda?
Segundo a dirección do movemento do sistema ou a dirección da aceleración do sistema, a dirección da forza gravitacional m2 cara abaixo, a dirección da forza de tensión da corda sobre m2 á parte superior:
w2 - T2 = m2 a
30 – T2 = (3)(2)
30 – T2 = 6
T2 = 30 – 6
T2 = 24 Newtons
Dirección da gravidade m1 cara abaixo, a dirección da forza de tensión da corda sobre m1 á parte superior:
T1 - w1 = (m1) (a)
T1 – 20 = (2)(2)
T1 - 20 = 4
T1 = 4 + 20
T1 = 24 Newtons
Forza de tensión da corda (T) = T1 =T2 = 24 newtons.
15. Dous bloques, cada un cunha masa de 4 kg, están conectados por unha corda e unha polea como se mostra na figura. A superficie e a polea son lisas. Se o bloque B se tira cunha forza horizontal de 50 N, a aceleración do bloque é… (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
Discusión
Sábese que:
mA = 4 kg, m²B = 4 kg, g = 10 m/s2
wA = (mA)(g) = 4)(10) = 40 Newtons
F = 50 Newtons
Pregunta: aceleración do sistema?
Resposta:
Fórmula da segunda lei de Newton:
A aceleración de ambos bloques é de 1,25 m/s2A dirección do movemento dos dous bloques = a dirección da forza de tracción F.
16. Observa a imaxe do lado! As masas dos bloques son m1 = 6 kg e m2 = 4 kg, e ignórase a masa da polea. Se a superficie do plano é lisa e g = 10 m s −2 , entón a aceleración do sistema é….
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
Discusión
Sábese que:
m1 = 6 kg, m²2 = 4 kg, g = 10 m/s2
w1 = m1 g = (6 kg)(10 m/s2) = 60 kg m/s2 ou 60 Newtons
w2 = m2 g = (4 kg)(10 m/s2) = 40 kg m/s2 ou 40 Newtons
Preguntouse: aceleración do sistema (a)?
Resposta:
m1está sobre unha superficie lisa e plana sen fricción, de xeito que o sistema é impulsado por gravidade bloque 2.
Terapia Segunda lei de Newton :
∑F = ma
w2 = (m1 + m2) A
40 N = (6 kg + 4 kg) a
40 N = (10 kg) a
a = 40 N / 10 kg
a = 4 m/s2
A resposta correcta é D.
17. Dous bloques, cada un cunha masa de 2 kg, están conectados por unha corda e unha polea como se mostra na figura. A superficie e a polea son lisas. Se o bloque B se tira cunha forza horizontal de 40 N, a aceleración do bloque é… (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
Debate:
Sábese que:
mA = mB = 2 kg, g = 10 m/s2, F = 40 N
wA = mg = (2)(10) = 20 N
Pregunta: aceleración do bloque (a)?
Resposta:
A superficie do bloque é lisa, polo tanto a forza que afecta o movemento do bloque é só forza F e o peso do bloque A.
Aplica a segunda lei de Newton:
∑F = ma
F – wA = (mA + mB) A
40 – 20 = (2 + 2) a
20 = (4) unha
a = 20 / 4
a = 5 m/s2
A resposta correcta é A.
plano inclinado
18. Un bloque cunha masa de 2 kg está nun plano inclinado liso cun ángulo de inclinación = 30o, de xeito que o bloque se mova cunha aceleración constante. Se g = 10 ms-2, entón a magnitude da forza que move o bloque é...
A. 5 N
B. 6 N
C. 7 N
D. 8 N
E. 10 N
Discusión
Sábese que:
m = 2 kg, g = 10 m/s2, teta = 30o
w = mg = (2)(10) = 20 kg m/s2 = 20 N
Pregunta: Que forza move o bloque?
Resposta:
A forza que move o bloque é wx.
wx = w sen teta
wx = (20 N)(sen 30o)
wx = (20 N)(0,5)
wx = 10 N.
A forza que move o bloque é de 10 Newtons.
A resposta correcta é E.
19. Dous bloques están conectados por unha corda lixeira tirada por unha forza horizontal F = 24 N. g = 10 ms-2 e a superficie do chan é escorregadiza. A magnitude da aceleración do bloque usando a segunda lei de Newton para cada obxecto é...
Discusión
Sábese que:
m1 = 2 kg, m²2 = 4 kg, F = 24 N
Pregunta: Cal é a aceleración do bloque (a)?
Resposta:
A magnitude da aceleración do bloque é de 4 m/s2.
20. Cando está nun ascensor estacionario, o peso de Sandi é de 500 N. Aceleración da gravidade = 10 ms-2Cando o ascensor acelera, a tensión na corda pasa a ser de 750 N. Polo tanto, a aceleración do ascensor é...
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
Discusión
Sábese que:
w = 500 N, g = 10 m/s2, T = 750 N
Pregunta: aceleración do ascensor (a)?
Resposta:
Masa de contrasinal:
w = mg
500 = metros (10)
m = 500 / 10
m = 50 kg
A masa do ascensor é descoñecida, polo que a masa total do ascensor e o seu contido é = a masa do código.
Segundo a primeira lei de Newton, se o ascensor está quieto, a forza resultante = 0.
A forza de tensión da corda (T) cando o elevador está parado = 500 N.
Cando o ascensor acelera, a forza de tensión da corda (T) pasa a ser de 750 N ou aumenta en 250 N.
A aceleración do ascensor é de 5 m/s2 e a dirección da aceleración = a dirección do movemento do ascensor é cara arriba.
Orixe da pregunta:
Preguntas de física do exame nacional para o bacharelato/instituto profesional
