Њутновите закони за движење се состојат од три, имено првиот Њутнов закон, вториот Њутнов закон и третиот Њутнов закон.
Првиот Њутнов закон
Првиот Њутнов закон вели дека секое тело кое е во мирување ќе остане во мирување или секое тело кое се движи праволиниски со константна брзина ќе продолжи да се движи праволиниски со константна брзина ако вкупната сила што дејствува на телото е нула.
Замислете објект околу вас, на пример маса или карпа или било кој друг објект. Маса што е во мирување ќе остане во мирување ако не се помести или не ѝ е дадена надворешна сила како што е сила на туркање или влечење. Слично на тоа, и другите објекти што се во мирување. Дали нема сили што дејствуваат на масата, карпата или на кој било друг објект што е во мирување? Постојат сили што дејствуваат на објектот, но збирот од сите сили што дејствуваат на објектот или вкупната сила е еднаков на нула. Силите што дејствуваат на објект што е во мирување на површината на планета како Земјата се гравитацијата (w) и нормалната сила (N). Насоката на гравитацијата е нормална на центарот на Земјата, насоката на нормалната сила е нормална на центарот на Земјата. Големината на овие две сили е иста, но спротивна по насока, затоа вкупната сила е еднаква на нула.
Што е со предмет што се движи праволиниски со константна брзина? За да го разјасниме ова прашање, да претпоставиме дека туркате предмет, на пример парче метал, преку површината на подот. Откако ќе биде турнато, металното парче забавува, а потоа застанува поради силата на триење . За металните парчиња да се движат подалеку или подолго, мора да ја измазните површината на подот и површината на металните парчиња. Колку е помазна површината на подот и површината на металните парчиња, толку подалеку се движат металните парчиња. Ако површината на подот е совршено мазна и нема триење, металните парчиња ќе продолжат да се движат и нема да застанат. Дали нема сила што дејствува на парче метал што се движи на совршено мазна површина на подот? Постојат сили што дејствуваат на металните парчиња, имено гравитација и нормални сили. Овие две сили работат во вертикална насока и не влијаат на движењето на металните парчиња во хоризонтална насока ако подот е совршено мазен.
Втор Њутнов закон
Вториот Њутнов закон вели дека ако нето силата што дејствува на некое тело не е нула, телото ќе забрза. Големината на забрзувањето е пропорционална на големината на нето силата и обратно пропорционална на масата на телото. Насоката на забрзувањето е иста како и насоката на нето силата.
ΣF = ma(1.2)
Опис: ΣF = вкупна сила (kg m/s 2 ), m = маса (kg), a = забрзување (m/s 2 )
Равенката 1.2 е математичка изјава за вториот Њутнов закон.
Ако големината на забрзувањето е еднаква на нула (a = 0), тогаш равенката 1.2 се менува во равенката 1.1. Значи, првиот Њутнов закон е посебен случај на вториот Њутнов закон.
Врз основа на равенката 1.2, се заклучува дека колку е поголема силата, толку е поголемо забрзувањето. Обратно, колку е поголема масата, толку е помало забрзувањето. Односот помеѓу силата, масата и забрзувањето е подобро разбран по спроведувањето на експерименти поврзани со ова. Еден експеримент што може да се спроведе е експеримент за забрзување на динамичен воз на шини со користење на слободно паѓачка маса. Користете тајмер за да го одредите забрзувањето на возот.
Третиот Њутнов закон
Третиот Њутнов закон вели дека ако предметот 1 врши сила врз предметот 2, тогаш во исто време и предметот 2 врши сила врз предметот 1. Големината на обете сили е иста, но насоката на обете сили е спротивна. Едната сила се нарекува дејство, а другата сила се нарекува реакција (сила на дејство-реакција).
F акција = – F реакција (1.3)
Равенката 1.3 е математичка изјава за третиот Њутнов закон. Негативниот знак во равенката 1.3 ја означува насоката на силата.
Спроведете експеримент за подобро да го разберете третиот Њутнов закон. Ако имате скејтборд, турнете се во ѕид додека стоите на него. Откако ќе турнете во ѕидот, скејтбордот се движи наназад. Вашето туркање е напред, додека скејтбордот се движи наназад. Ова покажува дека ѕидот исто така турка кон вас. Кога туркате во ѕидот, во исто време, и ѕидот турка кон вас. Вашата сила на туркање дејствува на ѕидот, додека силата на туркање на ѕидот дејствува на вас. Двете сили се со еднаква големина, но со спротивна насока. Едната сила можете да ја наречете дејство, а другата реакција.
Друг експеримент што можете да го направите е да разнесете гумен балон, а потоа да го ослободите откако ќе се надуе и ќе се наполни со воздух. Откако ќе го ослободите, балонот „лета“. Насоката на движење на балонот е спротивна од насоката во која воздухот излегува од балонот. Како може да се објасни ова? Кога отворот на балонот ќе се ослободи, балонот го турка воздухот надвор. Во исто време, воздухот исто така го турка балонот. Потисокот на воздухот предизвикува балонот да лета. Потисокот на балонот дејствува на воздухот, а потисокот на воздухот дејствува на балонот. Двете сили се со еднаква големина, но со спротивна насока.
Пример за проблеми
1. Има 4 предмети, банана = 4 кг, книга = 0,8 кг, кошаркарска топка = 3,5 кг, манго = 1,2 кг. Кошницата се влече со сила од 30 N на груба рамна површина ( μ = 0,4). За да може корпата да се движи правилно (масата на корпата се игнорира), предметите што мора да се стават во корпата се...
Дискусија
Познато е:
Маса на банана (m1 ) = 4 кг
Маса на книгата (m2 ) = 0,8 кг
Маса на топката (m3 ) = 3,5 кг
Маса на манго (m4 ) = 1,2 кг
Сила на затегнување (F) = 30 N
Коефициент на статичко триење ( μ s ) = 0,4
Забрзување поради гравитација (g) = 10 m/ s²
Игнорирајте ја масата на кошницата
Статичката сила на триење (fs ) дејствува кога предметот е сè уште во мирување и е пред да се движи, додека кинетичката сила на триење дејствува кога предметот се движи.
Прашано: Маса на објектот
Одговор:
Кошницата ќе се движи точно кога големината на силата на влечење (F) = големината на силата на статичко триење (f s ).
Пресметајте ја големината на статичката сила на триење (f s ):
f s = μ s N = μ s w = μ s mg = (0,4) (m) (10)
f s = 4 m
Точната кошничка ќе се помести:
F = f s
30 = 4 м
m = 30/4
m = 7,5 kg
Маса на банана 4 кг + маса на топка 3,5 кг = 7,5 кг
Предметите што мора да се стават во кошницата се банани и топчиња.
2. Прашање бр. 5 за национален испит по физика за SMA/MA 2014/2015
Предметите А со маса од 6 кг и Б со маса од 4 кг се поврзани со јаже и се влечат со сила F = 60 N како што е прикажано на следната слика.
Ако системот се движи и коефициентот на кинетичко триење помеѓу површината на подот и двата објекти е 0,5 (tg θ = 3/4), а g = 10 ms -2 , тогаш големината на силата на затегнување во јажето T што ги поврзува двата објекти е….
А. 28,8 Н.
Б. 30,0 Н.
C. 39,6 Н.
D. 48,0 Н.
И. 50,0 С
Дискусија
Познато е дека:
Маса на предметот А (mA ) = 6 кг
Маса на предметот Б (m₂B ) = 4 кг
Сила на затегнување (F) = 60 Њутн
Коефициентот на кинетичко триење помеѓу предметот и подот (μ k ) = 0,5
Забрзување поради гравитација (g) = 10 m/ s²
Тангента θ = 3/4
Прашање: Колку е голема затегнатоста на јажето Т?
Одговор:
Хоризонтална компонента на силата F:
Fx = Fcos θ
F x = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Вертикална компонента на силата F:
Fy = F sin θ
Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
Нормална сила на телото А:
N A = w A = m A g = (6)(10) = 60 N
Нормална сила на предметот Б:
NB + Fy – wB = 0
NB + Fy = wB
N B = w B – F y = m B g – F y = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
Кинетичка сила на триење помеѓу предметот А и подот:
f kA = μ k N A = (0,5)(60) = 30 N
Кинетичка сила на триење помеѓу предметот Б и подот:
f kB = μ k N B = (0,5)(4) = 2 N
Пресметајте го забрзувањето на двата објекти:
ΣF = ma
F x – T + T – f kB – f kA = (m A + m B ) a
Силата на затегнување во жицата T има иста големина по должината на жицата и има спротивна насока, па затоа е елиминирана од равенката.
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
48 – 2 – 30 = (6 + 4) a
16 = 10 а
а = 16/10
a = 1,6 м/ с²
Пресметајте ја силата на затегнување на јажето Т:
Да го земеме за пример објектот А. Силите што дејствуваат на објектот А во хоризонтална (хоризонтална) насока се силата на затегнување на јажето (T) која е насочена надесно и кинетичката сила на триење (f kA ) која е насочена налево.
ΣF = ma
T A – f kA = m A a
ТА – 30 = (6)(1,6)
ТА – 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 N
Да го земеме за пример објектот Б. Силите што дејствуваат на објектот Б во хоризонтална (хоризонтална) насока се силата Fx која е насочена надесно, кинетичката сила на триење (fkB ) и силата на затегнување на јажето (T) која е насочена налево.
ΣF = ma
Fx – f kB – T B = m B a
48 – 2 – Т Б = (4)(1,6)
46 – Т Б = 6,4
46 – 6,4 = Т Б
ТБ = 39,6 Н
Значи, силата на затегнување во јажето што дејствува на предметот А (T₂A ) = силата на затегнување во јажето што дејствува на предметот Б (T₂B ) = 39,6 N.
Точниот одговор е Ц.
3. Прашање бр. 5 за националниот испит по физика за SMA/MA 2014/2015
Погледнете ја следната слика!
Поради силата F, системот од предмети се движи. Ако подот е груб и коефициентот на кинетичко триење помеѓу двата блока и подот е 0,2, какво е забрзувањето што го доживуваат двата предмети? (cos 37 o = 0,8 , sin 37 o = 0,6)
A. 2,6 ms-2
Б. 4,0 ms -2
C. 5,2 ms -2
D. 7,8 ms -2
E. 10,2 ms -2
Дискусија
Познато е дека:
Маса на предметот А (mA ) = 4 кг
Маса на предметот Б (m₂B ) = 2 кг
Сила на затегнување (F) = 30 Њутн
Коефициентот на кинетичко триење помеѓу предметот и подот (μ k ) = 0,2
Забрзување поради гравитација (g) = 10 m/ s²
cos 37 o = 0,8
sin 37 o = 0,6
Прашање: Какво забрзување доживуваат двата објекти?
Одговор:
Хоризонтална компонента на силата F:
Fx = Fcos θ
F x = (30)(0,8) = 24 N
Вертикална компонента на силата F:
Fy = F sin θ
Fy = (30)(0,6) = 18 N
Нормална сила на телото А:
N A = w A = m A g = (4)(10) = 40 N
Нормална сила на предметот Б:
NB + Fy – wB = 0
NB + Fy = wB
N B = w B – F y = m B g – F y = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
Кинетичка сила на триење помеѓу предметот А и подот:
f kA = μ k N A = (0,2)(40) = 8 N
Кинетичка сила на триење помеѓу предметот Б и подот:
f kB = μ k N B = (0,2)(2) = 0,4 N
Пресметајте го забрзувањето на двата објекти:
ΣF = ma
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 а
а = 15,6/6
a = 2,6 м/ с²
Точниот одговор е А.
