ກົດເກນຂໍ້ທີສອງຂອງນິວຕັນແມ່ນໜຶ່ງໃນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກສາດທີ່ຄວບຄຸມຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງແຮງ, ມວນສານ, ແລະ ຄວາມເລັ່ງ. ກົດເກນນີ້ລະບຸວ່າຄວາມເລັ່ງຂອງວັດຖຸແມ່ນສັດສ່ວນກັບແຮງສຸດທິທີ່ກະທຳຕໍ່ມັນ ແລະ ສັດສ່ວນກົງກັນຂ້າມກັບມວນສານຂອງມັນ. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ກົດເກນຂໍ້ທີສອງຂອງນິວຕັນຖືກລະບຸດັ່ງນີ້:
\[ F = ma \]
ຢູ່ໃສ:
-\( F\) ແມ່ນແຮງສຸດທິທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸ (ໃນໜ່ວຍເປັນນິວຕັນ, N).
-\(m\) ແມ່ນ ມວນສານຂອງວັດຖຸ (ເປັນກິໂລກຣາມ, kg).
- \( a \) ແມ່ນຄວາມເລັ່ງຂອງວັດຖຸ (ເປັນແມັດຕໍ່ວິນາທີກຳລັງສອງ, \( m/s^2 \)).
ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາຈະປຶກສາຫາລືບາງຕົວຢ່າງຂອງກົດໝາຍຂໍ້ທີສອງຂອງນິວຕັນເພື່ອເຂົ້າໃຈການນຳໃຊ້ຂອງມັນໃນສະຖານະການຕ່າງໆ.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 1: ແຮງດັນໃສ່ລົດທີ່ເລັ່ງຄວາມໄວ
ຄຳຖາມ:
ລົດທີ່ມີນ້ຳໜັກ 1000 ກິໂລກຣາມ ຈະເລັ່ງຈາກຈຸດຢຸດນິ້ງໄປສູ່ຄວາມໄວ 20 ແມັດ/ວິນາທີ ພາຍໃນ 5 ວິນາທີ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ແຮງທີ່ຕ້ອງການເພື່ອບັນລຸຄວາມເລັ່ງນີ້.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ພວກເຮົາຈຳເປັນຕ້ອງຄິດໄລ່ຄວາມເລັ່ງຂອງລົດ. ຄວາມເລັ່ງ (\( a \)) ສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ສູດ:
\[ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} \]
ຢູ່ໃສ:
- \(\Delta v\) ແມ່ນການປ່ຽນແປງຂອງຄວາມໄວ.
-\(\Delta t\) ແມ່ນການປ່ຽນແປງຂອງເວລາ.
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ a = \frac{20 \, \text{ມ/ວິນາທີ} – 0 \, \text{ມ/ວິນາທີ}}{5 \, \text{ວິນາທີ}} \]
\[ a = \frac{20 \, \text{ມ/ວິນາທີ}}{5 \, \text{ວິນາທີ}} \]
\[ a = 4 \, \text{m/s}^2 \]
ດຽວນີ້, ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ແຮງທີ່ຕ້ອງການໂດຍໃຊ້ກົດເກນທີສອງຂອງນິວຕັນ:
\[ F = ma \]
\[ F = (1000 \, \text{kg})(4 \, \text{m/s}^2) \]
\[ F = 4000 \, \text{N} \]
ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງທີ່ຕ້ອງການເພື່ອເລັ່ງລົດແມ່ນ 4000 N.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 2: ແຮງສຽດທານໃນກ່ອງ
ຄຳຖາມ:
ກ່ອງທີ່ມີມວນ 50 kg ຖືກຍູ້ໃສ່ໜ້າດິນທີ່ຫຍາບດ້ວຍແຮງ 300 N. ຖ້າແຮງສຽດທານລະຫວ່າງກ່ອງແລະໜ້າດິນແມ່ນ 100 N, ໃຫ້ຄິດໄລ່ຄວາມເລັ່ງຂອງກ່ອງ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ພວກເຮົາຄິດໄລ່ແຮງສຸດທິທີ່ກະທຳຕໍ່ກ່ອງ. ແຮງສຸດທິ (\( F_{\text{net}} \)) ແມ່ນແຮງທັງໝົດທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸຫຼັງຈາກພິຈາລະນາແຮງທັງໝົດທີ່ກະທຳຕໍ່ມັນ, ລວມທັງແຮງສຽດທານ.
\[ F_{\text{net}} = F_{\text{push}} – F_{\text{friction}} \]
\[ F_{\text{net}} = 300 \, \text{N} – 100 \, \text{N} \]
\[ F_{\text{net}} = 200 \, \text{N} \]
ດຽວນີ້, ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ຄວາມເລັ່ງຂອງກ່ອງໂດຍໃຊ້ກົດເກນທີສອງຂອງນິວຕັນ:
\[ F_{\text{net}} = ma \]
\[ 200 \, \text{N} = (50 \, \text{kg})a \]
\[ a = \frac{200 \, \text{N}}{50 \, \text{kg}} \]
\[ a = 4 \, \text{m/s}^2 \]
ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມເລັ່ງຂອງກ່ອງແມ່ນ 4 m/s².
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 3: ການຄິດໄລ່ແຮງທີ່ຕ້ອງການເພື່ອຍົກນ້ຳໜັກ
ຄຳຖາມ:
ເຄນຍົກສິນຄ້າທີ່ມີນ້ຳໜັກ 200 ກິໂລກຣາມ ຂຶ້ນໄປດ້ວຍຄວາມເລັ່ງ 1,5 ແມັດ/ວິນາທີ². ຈົ່ງຄິດໄລ່ແຮງທີ່ເຄນຕ້ອງການເພື່ອຍົກສິນຄ້າ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ພວກເຮົາຈຳເປັນຕ້ອງຄິດໄລ່ແຮງໂນ້ມຖ່ວງທີ່ກະທຳຕໍ່ພາລະ. ແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (\( F_g \)) ສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ສູດ:
\[ F_g = ມກ \]
ຢູ່ໃສ:
- \( g \) ແມ່ນຄວາມເລັ່ງຍ້ອນແຮງໂນ້ມຖ່ວງ (\( 9,8 \, \text{m/s}^2 \)).
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ F_g = (200 ກກ)(9,8 ມ/ວິນາທີ)^2) \]
\[ F_g = 1960 \, \text{N} \]
ບັດນີ້, ພວກເຮົາຄິດໄລ່ແຮງທັງໝົດ (\( F \)) ທີ່ຕ້ອງການໂດຍເຄນເພື່ອຍົກນ້ຳໜັກໂດຍຄຳນຶງເຖິງຄວາມເລັ່ງເພີ່ມເຕີມ:
\[ F = ma + F_g \]
\[ F = (200 kg)(1,5 m/s}^2) + 1960 n \, n \]
\[ F = 300 \, \text{N} + 1960 \, \text{N} \]
\[ F = 2260 \, \text{N} \]
ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງທີ່ເຄນຕ້ອງການເພື່ອຍົກນ້ຳໜັກແມ່ນ 2260 N.
ຕົວຢ່າງບັນຫາທີ 4: ແຮງໃນລະບົບຂອງສອງວັດຖຸທີ່ເຊື່ອມຕໍ່ກັນດ້ວຍເຊືອກ
ຄຳຖາມ:
ວັດຖຸສອງອັນທີ່ມີມວນ 10 ກິໂລກຣາມ ແລະ 20 ກິໂລກຣາມ ຕາມລຳດັບຖືກເຊື່ອມຕໍ່ກັນດ້ວຍເຊືອກເບົາ ແລະ ຫ້ອຍລົງມາຈາກລູກລໍ້. ຄິດໄລ່ຄວາມເລັ່ງຂອງລະບົບ ແລະ ຄວາມຕຶງໃນເຊືອກເມື່ອລະບົບຖືກປ່ອຍອອກຈາກການຢຸດນິ້ງ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ໃຫ້ພວກເຮົານິຍາມແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸທັງສອງ. ໃຫ້ພວກເຮົາເອີ້ນມວນສານວ່າ \( m_1 = 10 \, \text{kg} \) ແລະ ມວນສານ \( m_2 = 20 \, \text{kg} \). ແຮງໂນ້ມຖ່ວງທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸທັງສອງແມ່ນ:
\[ F_{g1} = m_1 g = (10 \, \text{kg})(9,8 \, \text{m/s}^2) = 98 \, \text{N} \]
\[ F_{g2} = m_2 g = (20 \, \text{kg})(9,8 \, \text{m/s}^2) = 196 \, \text{N} \]
ເນື່ອງຈາກລະບົບຖືກປ່ອຍອອກຈາກການພັກຜ່ອນ, ຄວາມເລັ່ງຂອງລະບົບສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ກົດເກນຂໍ້ທີສອງຂອງນິວຕັນ. ຄວາມເລັ່ງທັງໝົດ (\( a \)) ຂອງລະບົບແມ່ນ:
\[ (m_1 + m_2)a = F_{g2} – F_{g1} \]
\[ (10 \, \text{kg} + 20 \, \text{kg})a = 196 \, \text{N} – 98 \, \text{N} \]
\[ 30 \, \text{kg} \cdot a = 98 \, \text{N} \]
\[ a = \frac{98 \, \text{N}}{30 \, \text{kg}} \]
\[ a = 3,27 \, \text{m/s}^2 \]
ບັດນີ້, ພວກເຮົາຄິດໄລ່ຄວາມຕຶງໃນເຊືອກ (\( T \)). ຄວາມຕຶງໃນເຊືອກສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ກົດເກນທີສອງຂອງນິວຕັນໃນໜຶ່ງໃນມວນສານ, ຕົວຢ່າງ \( m_1 \):
\[ T – m_1 g = m_1 a \]
\[ T – 98 \, \text{N} = (10 \, \text{kg})(3,27 \, \text{m/s}^2) \]
\[ T – 98 \, \text{N} = 32,7 \, \text{N} \]
\[ T = 32,7 \, \text{N} + 98 \, \text{N} \]
\[ T = 130,7 \, \text{N} \]
ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມເລັ່ງຂອງລະບົບແມ່ນ 3,27 m/s² ແລະ ຄວາມຕຶງໃນເຊືອກແມ່ນ 130,7 N.
ສະຫຼຸບ
ຜ່ານຕົວຢ່າງຕ່າງໆຂອງກົດເກນທີສອງຂອງນິວຕັນ, ພວກເຮົາໄດ້ຮຽນຮູ້ວິທີການນຳໃຊ້ຫຼັກການນີ້ເພື່ອຄິດໄລ່ແຮງ, ຄວາມເລັ່ງ, ແລະ ຄວາມກົດດັນໃນສະຖານະການຕ່າງໆ. ກົດເກນທີສອງຂອງນິວຕັນບໍ່ພຽງແຕ່ມີຄວາມຈຳເປັນໃນຟີຊິກທິດສະດີເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງມີການນຳໃຊ້ຕົວຈິງຫຼາຍຢ່າງໃນຊີວິດປະຈຳວັນ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີອີກດ້ວຍ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈ ແລະ ການປະຕິບັດກົດເກນທີສອງຂອງນິວຕັນ, ພວກເຮົາສາມາດແກ້ໄຂບັນຫາກົນຈັກຕ່າງໆໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ແລະ ຖືກຕ້ອງຫຼາຍຂຶ້ນ.
