Newtons lovformel

Eksempelspørsmål og formler for Newtons lover

Newtons første lov

1. En person befinner seg i en heis som beveger seg med konstant oppovergående hastighet. Personen veier 800 N. Plutselig ryker ståltauet som trekker heisen, noe som fører til at heisen faller. Normalkraft fra heisgulvet til personen rett før og etter at stålvaieren røk er….

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

Diskusjon
Det er kjent at:
Vekt (w) = 800 Newton
Spørsmål: Normalkraften (N) som virker på personen rett før og etter at ståltauet ryker
Jawab:
Øyeblikk før ståltauet røk
Når personen står på gulvet i heisen, virker tyngdekraften på personen, og kraften er nedoverrettet (se illustrasjonen nedenfor). Personen står stille i heisen, så det må være en normalkraft som balanserer personens vekt, hvor denne kraften har en oppoverrettet retning og er like stor som tyngdekraften. Normalkraften som gulvet utøver på personen, er denne kraften.
Fordi personen står stille i heisen og heisen beveger seg med konstant hastighet (ingen akselerasjon), er den resulterende kraften som virker på personen null.
∑F = 0
N – w = 0
N = w
N = 800 Newton

Etter at ståltauet røk
Etter at stålvaieren ryker, faller heisen og personen fritt sammen, hvor størrelsen og retningen på frittfallsakselerasjonen til heisen og personen er lik tyngdeakselerasjonen på jorden. Heisen og personen faller fritt sammen, slik at det ikke utøves noen normalkraft fra heisgulvet på personen. Personen faller, og personens føtter kan ikke presse på heisgulvet fordi heisen også faller.
Det riktige svaret er A.

2. Tre krefter, som hver har en størrelsesorden på F₁ = 22 N, F₂ = 18 N og F₃ = 40 N påføres en trekloss. Kreftene som virker på klossen, og som følger Newtons første lov, er vist i figuren...

Diskusjon

Newtons første lov: Resulterende kraft (ΣF) = 0.

A. F.₁ + F₂ - F₃ = 22 N + 18 N – 40 N = 40 N – 40 N = 0

B. F.₂ + F₃ - F₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (til høyre)

C. F.₂ + F₃ - F₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (til høyre)

D. F.₁ + F₃ - F₂ = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (til venstre)

Det riktige svaret er A.

Newtons andre lov

3.
Se på bildet!
En blokk på 40 kg trekkes med en kraft på 200 N, noe som resulterer i en akselerasjon på 3 m/s² Så størrelsen på friksjonskraften som oppstår på objektet/blokken er...

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

Diskusjon
Det er kjent at:
Masse (m²) = 40 kg
Kraft (F) = 200 N
Akselerasjon (a) = 3 m/s²
Spørsmål: Størrelsen på friksjonskraften (F)_g)
Jawab:
Newtons andre lovformel:
∑F = ma
Beskrivelse: ∑F = resulterende kraft, m = masse, a = akselerasjon

Kraftretningen F er mot høyre, mens friksjonsretningen er mot venstre (friksjonsretningen er motsatt av objektets bevegelsesretning). Retningen mot høyre velges som positiv og retningen mot venstre velges som negativ.
∑F = ma
F – F_g = ma
200 – F_g = (40)(3)
200 – F_g = 120
F_g = 200 - 120
F_g = 80 Newton
Det riktige svaret er D.

4. Kloss A med en masse på 100 gram plasseres oppå kloss B med en masse på 300 gram, deretter skyves kloss B vertikalt oppover med en kraft på 5 N. Hvis klossene ikke beveger hverandre, er størrelsen på normalkraften fra kloss B på kloss A….

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

Diskusjon
Det er kjent at:
Skyvekraft (F) = 5 Newton
Masse av blokk A (m_A) = 100 gram = 0,1 kg
Masse av blokk B (m_B) = 300 gram = 0,3 kg
Tyngdeakselerasjon (g) = 10 m/s²
Vekt av blokk A (w_A) = (0,1 kg)(10 m/s²) = 1 kg m/s² = 1 Newton
Vekt av blokk B (w_B) = (0,3 kg)(10 m/s²) = 3 kg m/s² = 3 Newton

Spørsmål: Normalkraft fra blokk B på blokk A
Jawab:
Det er flere krefter som virker på begge blokkene, som vist i figuren nedenfor.
F = skyvekraft (virker på blokk B)
w_A = tyngdekraften til blokk A (som virker på blokk A)
w_B = vekten av blokk B (som virker på blokk B)
N_A = normalkraft fra blokk B på blokk A (virker på blokk A)
N_A' = normalkraft fra blokk A på blokk B (virker på blokk B)

Tenk på begge blokkene som ett enkelt system:
Bruk Newtons andre lov på begge blokkene:
∑F = ma
F – w_A - w_B + N_A - N_A' = (m_A +m_B) En
N_A og N_A' er en aksjons-reaksjonskraft som har samme størrelsesorden, men motsatt retning, så den er eliminert fra ligningen.
F – w_A - w_B = (m_A +m_B) En
5 – 1 – 3 = (0,1 + 0,3) a
5 – 4 = (0,4) a
1 = (0,4) en
a = 1 / 0,4
a = 2,5 m/s²
Tilstedeværelsen av en kraft (F) på 5 Newton som virker vertikalt oppover på begge blokkene, får begge blokkene til å bevege seg vertikalt oppover med en akselerasjon på 2,5 m/s.².

Tenk på blokk A:
Anvend Newtons andre lov på blokk A:
∑F = ma
N_A - w_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
Normalkraften fra blokk B på blokk A er 1,25 Newton.
Det riktige svaret er B.

Newtons tredje lov

5. Vær oppmerksom på følgende utsagn!

(1) Passasjerene ble dyttet fremover da bussen, som kjørte jevnt, plutselig bremset hardt.

(2) Bokbunken oppå pappen vil ikke falle ned når pappen trekkes raskt.

(3) Når du spiller skateboard, vil skateboardet gli fremover når den frie foten skyver bakken bakover.

(4) Båtpadlen skyves tilbake, båten beveger seg fremover.

Utsagnet ovenfor som er i samsvar med Newtons tredje lov er...

A. (1) og (2)

B. (1) og (3)

C. (2) og (3)

D. (3) og (4)

Diskusjon

(1) Newtons første lov

(2) Newtons første lov

(3) Newtons tredje lov

(4) Newtons tredje lov

Det riktige svaret er D.

Kilde for spørsmålet:

Spørsmål til nasjonale eksamensspørsmål for naturfag på ungdomsskolen/islamsk ungdomsskole

Spørsmål til OSN på ungdomsskolens fysikkskole