Ньютон заңдары

Ньютонның қозғалыс заңдары үш заңнан тұрады, атап айтқанда Ньютонның бірінші заңы, Ньютонның екінші заңы және Ньютонның үшінші заңы.

Ньютонның бірінші заңы

Ньютонның бірінші заңы бойынша, егер денеге әсер ететін жалпы күш нөлге тең болса, тыныштықтағы әрбір дене тыныштықта қалады немесе тұрақты жылдамдықпен түзу сызық бойымен қозғалатын әрбір дене тұрақты жылдамдықпен түзу сызық бойымен қозғала береді.

Айналаңыздағы затты, мысалы, үстелді, тасты немесе кез келген затты қарастырайық. Тыныштықтағы үстел қозғалмаса немесе итеру немесе тарту күші сияқты сыртқы күш әсер етпесе, ол тыныштықта қалады. Сол сияқты, тыныштықтағы басқа заттар да. Үстелге, тасқа немесе тыныштықтағы кез келген басқа затқа әсер ететін күштер бар ма? Затқа әсер ететін күштер бар, бірақ затқа әсер ететін барлық күштердің немесе жалпы күштің қосындысы нөлге тең. Жер сияқты планетаның бетіндегі тыныштықтағы затқа әсер ететін күштер гравитация (w) және қалыпты күш (N). Гравитациялық күшінің бағыты Жердің центріне қарай төмен қарай перпендикуляр, ал қалыпты күштің бағыты жоғары қарай перпендикуляр. Бұл екі күштің шамасы бірдей, бірақ бағыты қарама-қарсы, сондықтан жалпы күш нөлге тең.

Ал түзу сызық бойымен тұрақты жылдамдықпен қозғалатын зат туралы не деуге болады? Мұны түсіндіру үшін, сіз металл кесегі сияқты затты еденге итеріп жібердіңіз делік. Итерілгеннен кейін металл кесегі баяулайды, содан кейін ... болуына байланысты тоқтайды. үйкеліс күшіМеталл бөлшектерінің алысқа немесе ұзағырақ қозғалуы үшін еденнің және металл бөлшектерінің бетін тегістеу керек. Еденнің және металл бөлшектерінің беті неғұрлым тегіс болса, металл бөлшектері соғұрлым алысқа қозғалады. Егер еден беті мінсіз тегіс болса және үйкеліс болмаса, металл бөлшектері қозғала береді және тоқтамайды. Мінсіз тегіс еден бетінде қозғалып жатқан металл бөлігіне әсер ететін күш жоқ па? Металл бөлшектеріне әсер ететін күштер бар, атап айтқанда ауырлық күші және қалыпты күштер. Бұл екі күш тік бағытта жұмыс істейді және еден мінсіз тегіс болса, металл бөлшектерінің көлденең бағытта қозғалуына әсер етпейді.

Ньютонның екінші заңы

Ньютонның екінші заңы бойынша, егер денеге әсер ететін жалпы күш нөлге тең болмаса, дене үдейді. Үдеудің шамасы жалпы күштің шамасына пропорционал және дененің массасына кері пропорционал. Үдеудің бағыты жалпы күштің бағытымен бірдей.

ΣF = ma(1.2)

Сипаттамасы: ΣF = жалпы күш (кг м/с²), m = масса (кг), a = үдеу (м/с²)

1.2 теңдеуі Ньютонның екінші заңының математикалық тұжырымы болып табылады.

Егер үдеу шамасы нөлге тең болса (a = 0), онда 1.2 теңдеуі 1.1 теңдеуіне өзгереді. Сонымен, Ньютонның бірінші заңы Ньютонның екінші заңының ерекше жағдайы болып табылады.

1.2 теңдеуіне сүйене отырып, күш неғұрлым үлкен болса, үдеу соғұрлым үлкен болады деген қорытынды жасалды. Керісінше, масса неғұрлым үлкен болса, үдеу соғұрлым аз болады. Күш, масса және үдеу арасындағы байланыс осыған байланысты тәжірибелер жүргізгеннен кейін жақсырақ түсініледі. Жүргізуге болатын бір тәжірибе - еркін түсетін массаны пайдаланып, рельстердегі динамикалық пойызды үдету тәжірибесі. Пойыздың үдеуін анықтау үшін тикер таймерін пайдаланыңыз.

Ньютонның үшінші заңы

Ньютонның үшінші заңы бойынша, егер 1-ші зат 2-ші затқа күш түсірсе, онда сол уақытта 2-ші зат 1-ші затқа күш түсіреді. Екі күштің де шамасы бірдей, бірақ екі күштің бағыты қарама-қарсы. Бір күш әрекет, екінші күш реакция (әрекет-реакция күші) деп аталады.

F_{қарама-қарсы} = – F_{реакция}                                      (1.3)

1.3 теңдеуі Ньютонның үшінші заңының математикалық тұжырымы болып табылады. 1.3 теңдеуіндегі теріс таңба күштің бағытын көрсетеді.

Ньютонның үшінші заңын жақсырақ түсіну үшін тәжірибе жүргізіңіз. Егер сізде скейтборд болса, оның үстінде тұрып қабырғаға итеріңіз. Қабырғаға итергеннен кейін скейтборд артқа қарай жылжиды. Сіздің итеруіңіз алға қарай, ал скейтборд артқа қарай жылжиды. Бұл қабырғаның да сізге қарсы итеріп жатқанын көрсетеді. Сіз қабырғаға итергенде, сонымен бірге қабырға да сізге қарсы итеріп жатыр. Сіздің итеру күшіңіз қабырғаға әсер етеді, ал қабырғаның итеру күші сізге әсер етеді. Екі күш шамасы бойынша тең, бірақ бағыты бойынша қарама-қарсы. Бір күшті әрекет, ал екіншісін реакция деп атауға болады.

Сіз жасай алатын тағы бір тәжірибе - резеңке шарды үрлеп, содан кейін ол үрленіп, ауаға толғаннан кейін оны жіберіңіз. Оны жібергеннен кейін шар «ұшады». Шардың қозғалыс бағыты шардан ауаның шығып жатқан бағытына қарама-қарсы. Мұны қалай түсіндіруге болады? Шардың аузы жіберілгенде, шар ауаны шығарады. Сонымен қатар, ауа шарды да итереді. Ауаның итеруі шардың ұшуына себеп болады. Шардың итеруі ауаға әсер етеді, ал ауаның итеруі шарға әсер етеді. Екі күш шамасы бойынша тең, бірақ бағыты бойынша қарама-қарсы.

Есептер мысалы

1. 4 зат бар, банан = 4 кг, кітап = 0,8 кг, баскетбол добы = 3,5 кг, манго = 1,2 кг. Себет кедір-бұдыр жазық бетке 30 Н күшпен тартылады (μ = 0,4). Себет дұрыс қозғалуы үшін (себеттің массасы ескерілмейді), себетке салынуы тиіс зат...

Талқылау

Белгілі:

Бананның массасы (м₁) = 4 кг

Кітаптың массасы (м₂) = 0,8 кг

Шардың массасы (м₃) = 3,5 кг

Мангоның массасы (м₄) = 1,2 кг

Созылу күші (F) = 30 Н

Статикалық үйкеліс коэффициенті (μ_s) = 0,4

Ауырлық күшіне байланысты үдеу (г) = 10 м/с²

Себет массасын елемеңіз

Статикалық үйкеліс күші (f_s) зат әлі тыныштықта болғанда және қозғалуға дайын болғанда жұмыс істейді, ал кинетикалық үйкеліс зат қозғалған кезде жұмыс істейді.

Сұрақ қойылды: Заттың массасы

Жауап:

Себет тарту күшінің шамасы (F) статикалық үйкеліс күшінің шамасына (f) тең болғанда дәл қозғалады._s).

Статикалық үйкеліс күшінің шамасын есептеңіз (f_s):

f_s = μ_s N = μ_s w = μ_s мг = (0,4)(м)(10)

f_s = 4 м

Дәл себет қозғалады:

F = f_s

30 = 4 м

м = 30/4

м = 7,5 кг

Бананның массасы 4 кг + шардың массасы 3,5 кг = 7,5 кг

Себетке салынуы тиіс заттар - банандар мен шарлар.

2. 2014/2015 SMA/MA физика бойынша ұлттық емтихан №5 сұрағы

Массасы 6 кг А және массасы 4 кг В заттары арқанмен жалғанып, F = 60 Н күшпен тартылған, келесі суретте көрсетілгендей.

Егер жүйе қозғалып тұрса және арасындағы кинетикалық үйкеліс коэффициентіекі нысаны бар еден беті 0,5 (тг θ = 3/4), және g = 10 мс^-2, онда ол үлкениә, екі затты байланыстыратын Т-тізбектің керілуі...

A. 28,8 N

B. 30,0 N

C. 39,6 N

D. 48,0 N

Шығыс 50,0 N

Талқылау

Белгілі болғандай:

А нысанының массасы (м)_A) = 6 кг

B нысанының массасы (м)_B) = 4 кг

Созылу күші (F) = 60 Ньютон

Нысан мен еден арасындағы кинетикалық үйкеліс коэффициенті (μ)_k) = 0,5

Ауырлық күшіне байланысты үдеу (г) = 10 м/с²

Тангенс θ = 3/4

Сұрақ қойылды: Ол үлкен бе?иә, арқанның тартылуы T

Жауап:

F күшінің көлденең компоненті:

F_x = F cos θ

F_x = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N

F күшінің тік компоненті:

F_y = F sin θ

F_y = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N

А нысанының қалыпты күші:

N_A = w_A = м_A g = (6)(10) = 60 N

В нысанының қалыпты күші:

N_B + F._y - w_B = 0

N_B + F._y = w_B

N_B = w_B - F_y = м_B g – F_y = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N

А нысаны мен еден арасындағы кинетикалық үйкеліс күші:

f_kA = μ_k N_A = (0,5)(60) = 30 Н

В нысаны мен еден арасындағы кинетикалық үйкеліс күші:

f_kB = μ_k N_B = (0,5)(4) = 2 Н

Екі нысанның да үдеуін есептеңіз:

ΣF = ma

F_x – Т + Т – ф_kB - f_kA = (м_A + м_B) және

T жібіндегі керілу күші жіптің ұзындығы бойынша бірдей шамаларға ие және қарама-қарсы бағытта әсер етеді, сондықтан ол теңдеуден алынып тасталады.

F_x - f_kB - f_kA = (м_A + м_B) және

48 – 2 – 30 = (6 + 4) a

16 = 10 а

а = 16/10

а = 1,6 м/с²

Арқанның тартылу күшін есептеңіз T:

А нысанын қарастырайық. А нысанына көлденең (горизонталь) бағытта әсер ететін күштер - оңға бағытталған арқанның тартылу күші (T) және кинетикалық үйкеліс күші (f)._kA) сол жақта орналасқан.

ΣF = ma

T_A - f_kA = м_A a

T_A - 30 = (6)(1,6)

T_A - 30 = 9,6

T_A = 9,6 + 30 = 39,6 Н

В нысанын қарастырайық. В нысанына көлденең (горизонталь) бағытта әсер ететін күштер F күші болып табылады._x оңға бағытталған кинетикалық үйкеліс күші (f_kB) және солға бағытталған арқанның тартылу күші (T).

ΣF = ma

F_x - f_kB - Т_B = м_B a

48 – 2 – T_B = (4)(1,6)

46 – Т_B = 6,4

46 – 6,4 = T_B

T_B = 39,6 N

Сонымен, А (T) затына әсер ететін жіптегі керілу күші_A) = B (T) затына әсер ететін арқандағы керілу күші_B) = 39,6 Н.

Дұрыс жауап - C.

3. 2014/2015 SMA/MA физика бойынша ұлттық емтихан №5 сұрағы

Келесі суретке қараңыз!

F күшінің нәтижесінде заттар жүйесі қозғалады. Егер еден кедір-бұдыр болса және екі блок пен еден арасындағы кинетикалық үйкеліс коэффициенті 0,2 болса, екі заттың үдеуінің мәні қандай? (cos 37^o = 0,8, күнә 37^o = 0,6)

A. 2,6 мс^-2

B. 4,0 мс^-2

C. 5,2 мс^-2

D. 7,8 мс^-2

E. 10,2 мс^-2

Талқылау

Белгілі болғандай:

А нысанының массасы (м)_A) = 4 кг

B нысанының массасы (м)_B) = 2 кг

Созылу күші (F) = 30 Ньютон

Нысан мен еден арасындағы кинетикалық үйкеліс коэффициенті (μ)_k) = 0,2

Ауырлық күшіне байланысты үдеу (г) = 10 м/с²

cos 37^o = 0,8

күнә 37^o = 0,6

Сұрақ қойылды: Екі нысан да қандай үдеуді бастан кешіреді?

Жауап:

F күшінің көлденең компоненті:

F_x = F cos θ

F_x = (30)(0,8) = 24 Н

F күшінің тік компоненті:

F_y = F sin θ

F_y = (30)(0,6) = 18 Н

А нысанының қалыпты күші:

N_A = w_A = м_A g = (4)(10) = 40 N

В нысанының қалыпты күші:

N_B + F._y - w_B = 0

N_B + F._y = w_B

N_B = w_B - F_y = м_B g – F_y = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N

А нысаны мен еден арасындағы кинетикалық үйкеліс күші:

f_kA = μ_k N_A = (0,2)(40) = 8 Н

В нысаны мен еден арасындағы кинетикалық үйкеліс күші:

f_kB = μ_k N_B = (0,2)(2) = 0,4 Н

Екі нысанның да үдеуін есептеңіз:

ΣF = ma

F_x - f_kB - f_kA = (м_A + м_B) және

24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a

15,6 = 6 а

а = 15,6/6

а = 2,6 м/с²

Дұрыс жауап - А.