Newton’s second law of motion – problems and solutions

Solved problems in Newton’s laws of motion – Newton’s second law of motion 

1. A 1 kg object accelerated at a constant 5 m/s2. Estimate the net force needed to accelerate the object.

ידוע:

מסה (מ"ר) = 1 ק"ג

תְאוּצָה (a) = 5 m/s2

רצה : net force (∑F)

פתרון:

We use Newton’s second law to get the net force.

F = ma

F = (1 kg)(5 m/s2) = 5 ק"ג מטר לשנייה2 = 5 ניוטון

ראה גם  שנאים ואנרגיה חשמלית - בעיות ופתרונות

2. מסה of an object = 1 kg, net force ∑F = 2 Newton. Determine the magnitude and direction of the object’s acceleration….

Newton's second law of motion – problems and solutions 1

ידוע:

מסה (מ"ר) = 1 ק"ג

Net force (∑F) = 2 Newton

רצה : The magnitude and direction of the acceleration (a)

פתרון:

a = ∑F / m

א = 2 / 1

a = 2 מטר/שנייה2

The direction of the acceleration = the direction of the net force (∑F)

ראה גם  זכוכית מגדלת למכשירים אופטיים - בעיות ופתרונות

3. Object’s mass = 2 kg, F1 = 5 Newton, F2 = 3 Newton. The magnitude and direction of the acceleration is…

Newton's second law of motion – problems and solutions 2

ידוע:

מסה (מ"ר) = 2 ק"ג

F1 = 5 ניוטון

F2 = 3 ניוטון

מבוקש: The magnitude and direction of the acceleration (a)

פתרון:

net force :

F = F1 - פ2 = 5 – 3 = 2 ניוטון

The magnitude of the acceleration :

a = ∑F / m

א = 2 / 2

a = 1 מטר/שנייה2

Direction of the acceleration = direction of the net force = direction of F1

ראה גם  תנע זוויתי - בעיות ופתרונות

4. Object’s mass = 2 kg, F1 = 10 Newton, F2 = 1 Newton. The magnitude and direction of the acceleration is…

Newton's second law of motion – problems and solutions 3

ידוע:

Newton's second law of motion – problems and solutions 4

מסה (מ"ר) = 2 ק"ג

F2 = 1 ניוטון

F1 = 10 ניוטון

F1x =F1 cos 60o = (10)(0.5) = 5 ניוטון

רצה : The magnitude and direction of the acceleration (a)

פתרון:

כוח נקי:

F = F1x - פ2 = 5 – 1 = 4 ניוטון

The magnitude of the acceleration :

a = ∑F / m

א = 4 / 2

a = 2 מטר/שנייה2

Direction of the acceleration = direction of the net force = direction of F1x

ראה גם  אנרגיה קינטית סיבובית - בעיות ופתרונות

5. F1 = 10 Newton, F2 = 1 Newton, m1 = 1 ק"ג, מ"ר2 = 2 kg. The magnitude and direction of the acceleration is…

Newton's second law of motion – problems and solutions 5

ידוע:

Mass 1 (m1) = 1 ק"ג

Mass 2 (m2) = 2 ק"ג

F1 = 10 ניוטון

F2 = 1 ניוטון

רצה : The magnitude and direction of the acceleration (a)

פתרון:

The net force :

F = F1 - פ2 = 10 – 1 = 9 ניוטון

The magnitude of the acceleration :

a = ∑F / (m1 + מ '2)

a = 9 / (1 + 2)

א = 9 / 3

a = 3 מטר/שנייה2

The direction of the acceleration = the direction of the net force = direction of F1

ראה גם  דיפרקציה על ידי חריץ יחיד - בעיות ופתרונות

6.

A 40-kg block accelerated by a force of 200 N. Acceleration of the block is 3 m/s2. Determine the magnitude of friction force experienced by the block.

א. 15 צפוןNewton's second law of motion – problems and solutions 7

ב. 40 צפון

C. 43 צפון

ד. 80 צפון

ידוע:

מסה (מ"ר) = 40 ק"ג

כוח (F) = 200 ניוטון

תאוצה (a) = 3 מטר/שנייה2

מבוקש: כוח חיכוך (Fg)

פתרון:

המשוואה של חוק התנועה השני של ניוטון

F = ma

F = net force, m = mass, a = acceleration

The direction of force F rightward, the direction of friction force leftward (the direction of friction force is opposite with the direction of object’s motion).

Choose rightward as positive and leftward as negative.

F = ma

F – Fg = אמא

200 – וg = (40)(3)

200 – וg = 120

Fg = 200 - 120

Fg = 80 ניוטון

התשובה הנכונה היא ד.

7. Block A with a mass of 100-gram place above block B with a mass of 300 gram, and then block b pushed with a force of 5 N vertically upward. Determine the כוח נורמלי exerted by block B on block A.

א. 1 צפוןNewton's second law of motion – problems and solutions 2

ב. 1.25 צפון

C. 2 צפון

ד. 3 צפון

ידוע:

כוח (F) = 5 ניוטון

מסת בלוק A (מ"רA) = 100 גרם = 0.1 ק"ג

מסת בלוק B (מ"ר)B) = 300 גרם = 0.3 ק"ג

תאוצת הכבידה (גרם) = 10 מטר/שנייה2

מִשׁקָל of block A (wA) = (0.1 ק"ג)(10 מטר/שנייה2) = 1 ק"ג מטר לשנייה2 = 1 ניוטון

משקל בלוק B (משקלB) = (0.3 ק"ג)(10 מטר/שנייה2) = 3 ק"ג מטר לשנייה2 = 3 ניוטון

מבוקש: Normal force exerted by block B to block A

פתרון:

Newton's second law of motion – problems and solutions 3There are several forces that act on both block, as shown in figure.

F = push force (act on block B)

wA = weight of block A (act on block A)

wB = weight of block B (act on block B)

NA = normal force exerted by block B on block A (Act on block A)

NA’ = normal force exerted by block A on block B (Act on block B)

Apply Newton’s second law of motion on both blocks :

F = ma

פ – ווA - wB + NA - NA’ = (mA + מ 'B) כדי

NA וNA’ are action-reaction forces that have the same magnitude but opposite in direction so eliminated from the equation.

פ – ווA - wB = (מ'A + מ 'B) כדי

5 – 1 – 3 = (0.1 + 0.3) א

5 – 4 = (0.4) a

1 = (0.4) א

א = 1 / 0.4

a = 2.5 מטר/שנייה2

Apply Newton’s second law of motion on block A :

F = ma

NA - wA = מA a

NA – 1 = (0.1)(2.5)

NA - 1 = 0.25

NA = 1 + 0.25

NA = 1.25 ניוטון

התשובה הנכונה היא ב'.

8. An object with weight of 4 N supported by a cord and pulley. A force of 2 N acts on the block and one end of the cord pulled by a force of 9 N. Determine the net force acts on object X.

A. 3 N upwardNewton's second law of motion – problems and solutions 4

B. 4 N downward

C. 9 N upward

D. 9 N downward

ידוע:

Weight of X (wX) = 4 ניוטון

Pull force (Fx) = 2 ניוטון

Tension force (FT) = 9 ניוטון

מבוקש: Net force acts on object X

פתרון:

Vertically upward forces that act on object X :

The tension force has the same magnitude in all part of the cord. So the tension force is 9 N.

Vertically downward forces that act on object X :

There are two forces that act on object X and both forces are vertically downward, the horizontal component of weight wx and the horizontal component of force Fx.

Net force act on the object X :

FT - wX - פx = 9 – 4 – 2 = 9 – 6 = 3

The net force act on the object X is 3 Newton, vertically upward.

התשובה הנכונה היא A.

9. An object initially at rest on a smooth horizontal surface. A force of 16 N acts on the object so the object accelerated at 2 m/s2. If the same object at rest on a rough horizontal surface so the friction force acts on the object is 2 N, then determine the acceleration of the object if the same force of 16 N acts on the object.

א. 1.75 מטר/שנייה2

ב. 1.50 מטר/שנייה2

כ-1.00 מטר/שנייה2

ד. 0.88 מטר/שנייה2

ידוע:

Force (F) = 16 Newton = 16 kg m/s2

תאוצה (a) = 2 מטר/שנייה2

Friction force (Ffric) = 2 Newton = 2 kg m/s2

מבוקש: Object’s acceleration ?

פתרון:

Smooth horizontal surface (no friction force) :

Newton's second law of motion – problems and solutions 5F = ma

F = ma

16 = (m) 2

m = 16/2

מטר = 8 ק"ג

Mass of object is 8 kilogram.

Rough horizontal surface (there is a friction force) :

Newton's second law of motion – problems and solutions 6F = ma

F – Ffric = אמא

16 – 2 = 8 a

14 = 8 א

א = 14 / 8

a = 1.75 מטר/שנייה2

Object’s acceleration is 1.75 m/s2.

התשובה הנכונה היא A.

10. Tom and Andrew push an object on the smooth floor. Tom push the object with a force of 5.70 N. If the mass of the object is 2.00 kg and acceleration experienced by the object is 2.00 ms-2, then determine the magnitude and direction of force act by Tom.

A. 1.70 N and its direction is opposite with force acted by Andre.w

B. 1.70 N and its direction same as force acted by Andrew

C. 2.30 N and its direction is opposite with force acted by Andrew.

D. 2.30 N and its direction same as force acted by Andrew.

ידוע:

Push force acted by Andrew (F1) = 5.70 ניוטון

מסת העצם (מ') = 2.00 ק"ג

תאוצה (a) = 2.00 מטר/שנייה2

מבוקש: Magnitude and direction of force acted by Tom (F2)

פתרון:

Apply Newton’s second law of motion :

F = ma

F1 + ו2 = אמא

5.70 + פ2 = (2)(2)

5.70 + פ2 = 4

F2 = 4 - 5.70

F2 = – 1.7 Newton

Minus sign indicated that (F2) is opposite with push force act by Andrew (F1).

התשובה הנכונה היא A.

11. If the mass of the block is the same, which figure shows the smallest acceleration?

Newton's first law and Newton's second law 2

פתרון

Net force A :

ΣF = 4 N + 2 N – 3 N = 6 N – 3 N = 3 Newton, leftward

Net force B :

ΣF = 2 N + 3 N – 4 N = 5 N – 4 N = 1 Newton, rightward

Net force C :

ΣF = 4 N + 3 N – 2 N = 7 N – 2 N = 5 Newton, rightward

Net force D :

ΣF = 3 N + 4 N + 2 N = 9 Newton, rightward

The equation of Newton’s second law :

ΣF = ma

a = ΣF / m

a = acceleration, ΣF = net force, m = mass

Based on the above formula, the acceleration (a) is directly proportional to the net force (ΣF) and inversely proportional to mass (m). If the mass of an object is the same, the greater the resultant force, the greater the acceleration or the smaller the resultant force, the smaller the acceleration.
Based on the above calculation, the smallest net force is 1 Newton so the acceleration is also smallest.

התשובה הנכונה היא ב'.

ראה גם  סטטיקת נוזלים - בעיות ופתרונות

12. Some forces act on an object with a mass of 20 kg, as shown in the figure below.

Newton's first law and Newton's second law 3

Determine the object’s acceleration.

ידוע:

מסת העצם (מ') = 20 ק"ג

Net force (ΣF) = 25 N + 30 N – 15 N = 40 N

מבוקש: Acceleration of an object

פתרון:

Object’s acceleration calculated using the equation of Newton’s second law :

ΣF = ma

a = ΣF / m = 40 N / 20 kg = 2 N/kg = 2 m/s2

ראה גם  Two bodies with the same magnitude of acceleration – Application of Newton's law of motion problems and solutions

13. Which statements below describes Newton’s third law?

(1) Passengers pushed forward when the bus braked suddenly

(2) Books on paper are not falling when the paper is pulled quickly

(3) When playing skateboard when the foot pushes the ground back then the skateboard will slide forward

(4) הוars pushed backward, boats moving forward

פתרון:

(1) החוק הראשון של ניוטון

(2) Newton’s first law

(3) Newton’s third law

(4) Newton’s third law

[wpdm_package id = '470 ′]

  1. מסה ומשקל
  2. כוח רגיל
  3. חוק התנועה השני של ניוטון
  4. כוח חיכוך
  5. תנועה על משטח אופקי ללא כוח חיכוך
  6. תנועתם של שני גופים בעלי תאוצה זהה על משטח אופקי מחוספס עם כוח חיכוך
  7. תנועה על מישור משופע ללא כוח חיכוך
  8. תנועה על מישור משופע גס עם כוח החיכוך
  9. תנועה במעלית
  10. תנועת הגופים מחוברת באמצעות חוטים וגלגלות
  11. שני גופים בעלי גודל תאוצה זהה
  12. עיגול עקומה שטוחה - דינמיקה של תנועה מעגלית
  13. עיגול עקומה משופעת - דינמיקה של תנועה מעגלית
  14. תנועה אחידה במעגל אופקי
  15. כוח צנטריפטלי בתנועה מעגלית אחידה

השאירו תגובה