Niutono judėjimo dėsnius sudaro trys: pirmasis Niutono dėsnis, antrasis Niutono dėsnis ir trečiasis Niutono dėsnis.
Pirmasis Niutono dėsnis
Pirmasis Niutono dėsnis teigia, kad kiekvienas nejudantis objektas liks nejudantis arba kiekvienas objektas, judantis tiesia linija pastoviu greičiu, toliau judės tiesia linija pastoviu greičiu, jei bendra objektą veikianti jėga yra lygi nuliui.
Įsivaizduokite aplink jus esantį objektą, pavyzdžiui, stalą, akmenį ar bet kokį kitą objektą. Nejudantis stalas liks nejudinamas, jei jis nebus judinamas arba jam nebus taikoma išorinė jėga, pavyzdžiui, stūmimo ar traukimo jėga. Panašiai ir su kitais nejudančiais objektais. Ar stalą, akmenį ar bet kurį kitą nejudantį objektą neveikia jokios jėgos? Objektą veikia jėgos, tačiau visų jėgų, veikiančių objektą, suma arba bendra jėga yra lygi nuliui. Jėgos, veikiančios objektą, kuris stovi ant tokios planetos kaip Žemė paviršiaus, yra gravitacija (w) ir normalioji jėga (N). Gravitacijos kryptis yra statmena Žemės centrui, normaliosios jėgos kryptis yra statmena Žemės centrui. Šių dviejų jėgų dydis yra vienodas, bet priešingos krypties, todėl bendra jėga lygi nuliui.
O kaip dėl objekto, judančio tiesia linija pastoviu greičiu? Kad išsiaiškintume šį klausimą, tarkime, kad stumiate objektą, pavyzdžiui, metalo gabalą, per grindų paviršių. Pastūmus metalinį gabalą, jis sulėtėja ir dėl trinties jėgos sustoja . Kad metaliniai gabalai judėtų toliau arba ilgiau, turite išlyginti grindų ir metalinių gabalų paviršius. Kuo lygesnis grindų ir metalinių gabalų paviršius, tuo toliau juda metaliniai gabalai. Jei grindų paviršius yra idealiai lygus ir nėra trinties, metaliniai gabalai toliau judės ir nesustos. Ar metalo gabalui, judančiam idealiai lygiu grindų paviršiumi, neveikia jokia jėga? Metalinius gabalus veikia jėgos, būtent gravitacijos ir normaliosios jėgos. Šios dvi jėgos veikia vertikalia kryptimi ir neturi įtakos metalinių gabalų judėjimui horizontalia kryptimi, jei grindys yra idealiai lygios.
Antrasis Niutono dėsnis
Antrasis Niutono dėsnis teigia, kad jei objektą veikianti grynoji jėga nėra lygi nuliui, objektas įsibėgės. Pagreičio dydis yra proporcingas grynosios jėgos dydžiui ir atvirkščiai proporcingas objekto masei. Pagreičio kryptis sutampa su grynosios jėgos kryptimi.
ΣF = ma(1.2)
Aprašymas: ΣF = bendroji jėga (kg m/s² ) , m = masė (kg), a = pagreitis (m/ s² )
1.2 lygtis yra matematinis Niutono antrojo dėsnio teiginys.
Jei pagreičio dydis lygus nuliui (a = 0), tai 1.2 lygtis pasikeičia į 1.1 lygtį. Taigi pirmasis Niutono dėsnis yra specialus antrojo Niutono dėsnio atvejis.
Remiantis 1.2 lygtimi, daroma išvada, kad kuo didesnė jėga, tuo didesnis pagreitis. Ir atvirkščiai, kuo didesnė masė, tuo mažesnis pagreitis. Jėgos, masės ir pagreičio santykis geriau suprantamas atlikus su tuo susijusius eksperimentus. Vienas iš eksperimentų, kurį galima atlikti, yra dinaminio traukinio, važiuojančio bėgiais, greitinimo bandymas naudojant laisvai krintančią masę. Traukinio pagreičiui nustatyti naudokite laikmatį.
Trečiasis Niutono dėsnis
Trečiasis Niutono dėsnis teigia, kad jei 1 objektas veikia 2 objektą jėga, tai tuo pačiu metu 2 objektas veikia 1 objektą jėga. Abiejų jėgų dydis yra vienodas, bet abiejų jėgų kryptis yra priešinga. Viena jėga vadinama veiksmu, kita – reakcija (veiklos-reakcijos jėga).
F veiksmas = – F reakcija (1.3)
1.3 lygtis yra matematinis trečiojo Niutono dėsnio išraiška. Neigiamas ženklas 1.3 lygtyje rodo jėgos kryptį.
Atlikite eksperimentą, kad geriau suprastumėte trečiąjį Niutono dėsnį. Jei turite riedlentę, stovėdami ant jos atsispauskite į sieną. Atsispaudus į sieną, riedlentė juda atgal. Jūs stumiate į priekį, o riedlentė juda atgal. Tai rodo, kad siena taip pat stumia jus. Kai stumiate į sieną, tuo pačiu metu siena taip pat stumia jus. Jūsų stūmimo jėga veikia sieną, o sienos stūmimo jėga veikia jus. Abi jėgos yra vienodo dydžio, bet priešingos krypties. Vieną jėgą galite pavadinti veiksmu, o kitą – atoveiksmiu.
Kitas eksperimentas, kurį galite atlikti, yra pripūsti guminį balioną ir paleisti jį, kai jis pripūstas ir prisipildęs oro. Jį paleidus, balionas „skrenda“. Baliono judėjimo kryptis yra priešinga krypčiai, kuria oras išeina iš baliono. Kaip tai galima paaiškinti? Atleidus baliono angą, balionas išstumia orą. Tuo pačiu metu oras taip pat stumia balioną. Oro trauka verčia balioną skraidyti. Baliono trauka veikia orą, o oro trauka veikia balioną. Abi jėgos yra vienodo dydžio, bet priešingos krypties.
Contoh soal
1. Yra 4 objektai: bananas = 4 kg, knyga = 0,8 kg, krepšinio kamuolys = 3,5 kg, mangas = 1,2 kg. Krepšys traukiamas 30 N jėga šiurkščiu lygiu paviršiumi ( μ = 0,4). Kad krepšys tinkamai judėtų (krepšelio masė ignoruojama), į krepšį reikia įdėti šiuos objektus...
Pembahasanas
Yra žinoma:
Banano masė (m1 ) = 4 kg
Knygos masė (m² ) = 0,8 kg
Rutulio masė (m³ ) = 3,5 kg
Mango masė (m4 ) = 1,2 kg
Tempimo jėga (F) = 30 N
Statinis trinties koeficientas ( μs ) = 0,4
Gravitacijos pagreitis (g) = 10 m/ s²
Nepaisykite krepšio masės
Statinė trinties jėga (fs ) veikia, kai objektas vis dar nejuda ir ruošiasi pajudėti, o kinetinė trinties jėga veikia, kai objektas juda.
Klausiama: Objekto masė
Džawabas:
Krepšelis pajudės tiksliai tada, kai traukos jėgos dydis (F) = statinės trinties jėgos dydis (fs ).
Apskaičiuokite statinės trinties jėgos dydį (fs ) :
f s = μ s N = μ s w = μ s mg = (0,4) (m) (10)
fs = 4 m
Tikslus krepšelis pajudės:
F = fs
30 4 = XNUMX XNUMX m
m = 30/4
m = 7,5 XNUMX kg
Banano masė 4 kg + rutulio masė 3,5 kg = 7,5 kg
Į krepšelį reikia sudėti bananus ir kamuoliukus.
2. 2014/2015 mokslo metų SMA/MA fizikos nacionalinio egzamino 5 klausimas
Objektai A, kurių masė 6 kg, ir B, kurių masė 4 kg, sujungti virve ir tempiami 60 N jėga F, kaip parodyta paveikslėlyje.
Jei sistema juda ir kinetinės trinties koeficientas tarp grindų paviršiaus ir dviejų objektų yra 0,5 (tg θ = 3/4), o g = 10 ms -2 , tai įtempimo jėgos lyne T, jungiančiame du objektus, dydis yra….
A. 28,8 N
B. 30,0 N.
C. 39,6 N.
D. 48,0 N.
E. 50,0 N
Pembahasanas
Yra žinoma, kad:
Objekto A masė (m A ) = 6 kg
Objekto B masė (m B ) = 4 kg
Tempimo jėga (F) = 60 niutonai
Objekto ir grindų kinetinės trinties koeficientas (μk ) = 0,5
Gravitacijos pagreitis (g) = 10 m/ s²
Tangentas θ = 3/4
Klausimas: koks didelis yra virvės T įtempimas?
Jawab :
Horizontali jėgos F dedamoji:
F x = F cos θ
Fx = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Vertikali jėgos F dedamoji:
Fy = Fsinθ
Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
Objekto A normalioji jėga:
N A = w A = m A g = (6)(10) = 60 N
Objekto B normalioji jėga:
N B + F y – w B = 0
N B + F y = w B
N B = w B – F y = m B g – F y = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
Kinetinė trinties jėga tarp objekto A ir grindų:
f kA = μ k N A = (0,5) (60) = 30 N
Kinetinė trinties jėga tarp objekto B ir grindų:
f kB = μ k N B = (0,5) (4) = 2 N
Apskaičiuokite abiejų objektų pagreitį:
ΣF = ma
F x – T + T – f kB – f kA = (m A + m B ) a
Įtempimo jėga stygoje T yra vienodo dydžio per visą stygos ilgį ir turi priešingą kryptį, todėl ji pašalinama iš lygties.
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
48 – 2 – 30 = (6 + 4) a
16 = 10 a
a = 16/10
a = 1,6 m/ s²
Apskaičiuokite virvės įtempimo jėgą T:
Apsvarstykite objektą A. Jėgos, veikiančios objektą A horizontalia (horizontali) kryptimi, yra lyno tempimo jėga (T), kuri nukreipta į dešinę, ir kinetinė trinties jėga (f kA ), kuri nukreipta į kairę.
ΣF = ma
T A – f kA = m A a
TA – 30 = (6)(1,6)
TA – 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 N
Apsvarstykite objektą B. Jėgos, veikiančios objektą B horizontalia (horizontalia) kryptimi, yra jėga F x , kuri nukreipta į dešinę, kinetinė trinties jėga (f kB ) ir lyno tempimo jėga (T), kuri nukreipta į kairę.
ΣF = ma
F x – f kB – T B = m B a
48 – 2 – T B = (4)(1,6)
46 – T B = 6,4
46 – 6,4 = TB
T B = 39,6 N
Taigi virvės įtempimo jėga, veikianti objektą A (T A ) = virvės įtempimo jėga, veikianti objektą B (T B ) = 39,6 N.
Teisingas atsakymas yra C.
3. 2014/2015 SMA/MA Fizika JT klausimai Nr.5
Pažvelkite į toliau pateiktą paveikslėlį!
Dėl jėgos F objektų sistema juda. Jei grindys yra nelygios, o kinetinės trinties koeficientas tarp dviejų blokų ir grindų yra 0,2, kokį pagreitį patiria du objektai? (cos 37 0 = 0,8 , sin 37 0 = 0,6)
A. 2,6 ms-2
B. 4,0 ms⁻²
C. 5,2 ms -2
D. 7,8 ms -2
E. 10,2 ms -2
Pembahasanas
Yra žinoma, kad:
Objekto A masė (m A ) = 4 kg
Objekto B masė (m B ) = 2 kg
Tempimo jėga (F) = 30 niutonai
Objekto ir grindų kinetinės trinties koeficientas (μk ) = 0,2
Gravitacijos pagreitis (g) = 10 m/ s²
cos 37 0 = 0,8
sin 37 ° = 0,6
Klausimas: Kokį pagreitį patiria du objektai?
Jawab :
Horizontali jėgos F dedamoji:
F x = F cos θ
Fx = (30)(0,8) = 24 N
Vertikali jėgos F dedamoji:
Fy = Fsinθ
Fy = (30)(0,6) = 18 N
Objekto A normalioji jėga:
N A = w A = m A g = (4)(10) = 40 N
Objekto B normalioji jėga:
N B + F y – w B = 0
N B + F y = w B
N B = w B – F y = m B g – F y = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
Kinetinė trinties jėga tarp objekto A ir grindų:
f kA = μ k N A = (0,2) (40) = 8 N
Kinetinė trinties jėga tarp objekto B ir grindų:
f kB = μ k N B = (0,2) (2) = 0,4 N
Apskaičiuokite abiejų objektų pagreitį:
ΣF = ma
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 a
a = 15,6/6
a = 2,6 m/ s²
Teisingas atsakymas yra A.
