De formule van de wet van Newton

Voorbeeldvragen en formules voor de wetten van Newton

De eerste wet van Newton

1. Een persoon bevindt zich in een lift die met een constante snelheid omhoog beweegt. Het gewicht van de persoon is 800 N. Plotseling breekt de staalkabel die de lift omhoog trekt, waardoor de lift naar beneden valt. De normaalkracht van de liftvloer op de persoon direct vóór en direct na het breken van de staalkabel is….

1. 800 N en 0
2. 800 N en 800 N
3. 1600 N en 0
4. 1600 N en 800 N

Discussie
Het is bekend dat:
Gewicht (w) = 800 Newton
Vraag: Wat is de normaalkracht (N) die op de persoon werkt vlak voor en vlak nadat de staalkabel breekt?
Antwoord :
Vlak voordat de staalkabel brak
Wanneer iemand op de vloer van de lift staat, werkt de zwaartekracht op die persoon en is deze kracht naar beneden gericht (zie de onderstaande afbeelding). Omdat de persoon stilstaat in de lift, moet er een normaalkracht zijn die het gewicht van de persoon compenseert. Deze normaalkracht is naar boven gericht en heeft dezelfde grootte als de zwaartekracht. De normaalkracht die de vloer op de persoon uitoefent, werkt dus op de persoon.
Omdat de persoon stilstaat in de lift en de lift met een constante snelheid beweegt (geen versnelling), is de resulterende kracht die op de persoon inwerkt nul.
∑F = 0
N – w = 0
N = w
N = 800 Newton

Nadat de staalkabel brak
Nadat de staalkabel breekt, vallen de lift en de persoon samen vrij naar beneden. De grootte en richting van de valversnelling van zowel de lift als de persoon zijn gelijk aan de zwaartekrachtversnelling op aarde. Doordat de lift en de persoon samen vrij naar beneden vallen, oefent de liftvloer geen normaalkracht meer uit op de persoon. De persoon valt, maar kan met zijn of haar voeten geen druk meer uitoefenen op de liftvloer, omdat de lift zelf ook valt.
Het juiste antwoord is A.

2. Drie krachten, elk met een grootte van F1 ₌ 22 N, F2 ₌ 18 N en F3 ₌ 40 N, worden uitgeoefend op een houten blok. De krachten die op het blok werken en die voldoen aan de eerste wet van Newton, worden weergegeven in de figuur...

Discussie

De eerste wet van Newton: Resulterende kracht ( ΣF) = 0.

A. F ₁ + F ₂ – F ₃ = 22 N + 18 N – 40 N = 40 N – 40 N = 0

B. F ₂ + F ₃ – F ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (naar rechts)

C. F ₂ + F ₃ – F ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (naar rechts)

D. F ₁ + F ₃ – F ₂ = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (naar links)

Het juiste antwoord is A.

De tweede wet van Newton

3.
Kijk naar de foto!
Een blok van 40 kg wordt getrokken met een kracht van 200 N, wat resulteert in een versnelling van 3 m/s².² De grootte van de wrijvingskracht die op het object/blok inwerkt is dus...

1. 15 N
2. 40 N
3. 43 N
4. 80 N

Discussie
Het is bekend dat:
Massa (m) = 40 kg
Kracht (F) = 200 N
Versnelling (a) = 3 m/s²²
Vraag: De grootte van de wrijvingskracht (F)_g)
Antwoord :
De formule van Newtons tweede wet:
∑F = ma
Beschrijving: ∑F = resulterende kracht, m ​​= massa, a = versnelling

De kracht F werkt naar rechts, terwijl de wrijving naar links werkt (de wrijvingsrichting is tegengesteld aan de bewegingsrichting van het object). De richting naar rechts wordt als positief beschouwd en de richting naar links als negatief.
∑F = ma
F – F_g = ma
200 – F_g = (40)(3)
200 – F_g = 120
F_g = 200 - 120
F_g = 80 Newton
Het juiste antwoord is D.

4. Blok A met een massa van 100 gram wordt op blok B met een massa van 300 gram geplaatst. Vervolgens wordt blok B verticaal omhoog geduwd met een kracht van 5 N. Als de blokken elkaar niet verplaatsen, wat is dan de grootte van de normaalkracht die blok B op blok A uitoefent?

1. 1 N
2. 1,25 N
3. 2 N
4. 3 N

Discussie
Het is bekend dat:
Stuwkracht (F) = 5 Newton
Massa van blok A (m_A) = 100 gram = 0,1 kg
Massa van blok B (m_B) = 300 gram = 0,3 kg
Versnelling als gevolg van de zwaartekracht (g) = 10 m/s²²
Gewicht van blok A (w_A) = (0,1 kg)(10 m/s²) = 1 kg m/s² = 1 Newton
Gewicht van blok B (w_B) = (0,3 kg)(10 m/s²) = 3 kg m/s² = 3 Newton

Vraag: Wat is de normaalkracht die blok B uitoefent op blok A?
Antwoord :
Er werken verschillende krachten op beide blokken, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
F = stuwkracht (werkend op blok B)
w_A = de zwaartekracht van blok A (die op blok A werkt)
w_B = het gewicht van blok B (dat op blok B inwerkt)
N_A = normaalkracht van blok B op blok A (werkend op blok A)
N_A' = normaalkracht van blok A op blok B (werkend op blok B)

Beschouw beide blokken als één systeem:
Pas de tweede wet van Newton toe op beide blokken:
∑F = ma
F – w_A - in_B + N_A - N_A' = (m_A + m_B) om
N_A en N_A' is een actie-reactiekracht met dezelfde grootte maar tegengestelde richting, dus deze wordt uit de vergelijking geëlimineerd.
F – w_A - in_B = (m_A + m_B) om
5 – 1 – 3 = (0,1 + 0,3) a
5 – 4 = (0,4) a
1 = (0,4) a
een = 1 / 0,4
a = 2,5 m/s²
De aanwezigheid van een kracht (F) van 5 Newton die verticaal omhoog werkt op beide blokken, zorgt ervoor dat beide blokken verticaal omhoog bewegen met een versnelling van 2,5 m/s².².

Neem blok A in overweging:
Pas de tweede wet van Newton toe op blok A:
∑F = ma
N_A - in_A = m_A a
N_A – 1 = (0,1)(2,5)
N_A - 1 = 0,25
N_A = 1 + 0,25
N_A = 1,25 Newton
De normaalkracht die blok B op blok A uitoefent, is 1,25 Newton.
Het juiste antwoord is B.

De derde wet van Newton

5. Let goed op de volgende uitspraak!

(1) Passagiers werden naar voren geduwd toen de bus, die gestaag reed, plotseling hard remde.

(2) De stapel boeken bovenop het karton zal niet omvallen als het karton snel wordt getrokken.

(3) Bij het skateboarden zal het skateboard naar voren glijden wanneer de vrije voet de grond naar achteren duwt.

(4) De roeispaan wordt naar achteren geduwd, de boot beweegt vooruit.

De bovenstaande bewering, die in overeenstemming is met de derde wet van Newton, luidt als volgt:

A. (1) en (2)

B. (1) en (3)

C. (2) en (3)

D. (3) en (4)

Discussie

(1) De eerste wet van Newton

(2) De eerste wet van Newton

(3) De derde wet van Newton

(4) De derde wet van Newton

Het juiste antwoord is D.

Bron van de vraag:

Nationale examenvragen voor natuurwetenschappen voor de onderbouw van het voortgezet onderwijs/islamitische onderbouw van het voortgezet onderwijs

OSN-vragen over natuurkunde voor de onderbouw van het voortgezet onderwijs