20 przykładów praw Newtona
Pierwsze prawo Newtona
1. Jeżeli wypadkowa siła działająca na obiekt jest równa zeru, to...
(1) obiekt nie przyspieszy
(2) obiekty są zawsze w spoczynku
(3) zmiana prędkości obiektu wynosi zero
(4) niemożliwe jest, aby obiekt poruszał się po linii prostej ze stałą prędkością
Prawda jest taka, że…
A. (1), (2) i (3)
B. Tylko (1) i (3)
C. Tylko (2) i (4)
D. (4) tylko
E. (1), (2), (3) i (4)
Pembahasan
Prawidłowa odpowiedź brzmi:
(1) Obiekt nie przyspieszy
Siła wypadkowa powoduje przyspieszenie obiektu. Jeśli siła wypadkowa wynosi zero, obiekt nie przyspieszy.
(2) Obiekty są zawsze w spoczynku
Pierwsze prawo Newtona głosi, że jeżeli wypadkowa siła działająca na obiekt jest równa zeru, to obiekt w spoczynku pozostanie w spoczynku a obiekt poruszający się ze stałą prędkością (ruch jednostajny liniowy) będzie nadal poruszał się ze stałą prędkością.
(3) Zmiana prędkości obiektu wynosi zero
Zmiana prędkości = przyspieszenie. Zmiana prędkości obiektu wynosi zero, co oznacza, że przyspieszenie obiektu wynosi zero. Jeśli przyspieszenie wynosi zero, to wypadkowa siła działająca na obiekt wynosi zero.
Prawidłowa odpowiedź to A.
Obiekty w windzie
2. W stojącej windzie ciężar Sandiego wynosi 500 N. Przyspieszenie grawitacyjne = 10 ms-2 . Gdy winda przyspiesza, naprężenie liny wynosi 750 N. Zatem przyspieszenie windy wynosi…
B. 7,5 ms-2
C. 10,0 ms-2
D. 12,5 ms-2
E. 15,0 ms-2
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa kodowa (w) = 500 niutonów = 500 kg ms-2 (cicha winda)
Przyspieszenie grawitacyjne (g) = 10 ms-2
Hasło Masa (m) = 500 / 10 = 50 kg
Napięcie liny (T) = 750 N (winda przyspieszana)
Masę windy zaniedbujemy.
Zapytano: Przyspieszenie windy
Jawab:
Winda jest w spoczynku, nie ma przyspieszenia (a = 0). Siła skierowana w górę jest dodatnia, siła skierowana w dół jest ujemna.
ΣF = ma
T – w = 0
T = w
T = 20 000 niutonów
Jeśli winda przyspiesza w dół, siła naciągu liny spada poniżej 500 niutonów. Natomiast jeśli winda przyspiesza w górę, siła naciągu liny wzrasta powyżej 500 niutonów.
Naprężenie liny osiąga 750 N, co powoduje przyspieszenie windy w górę. Siły działające w tym samym kierunku, co ruch windy, są dodatnie, a siły działające w przeciwnym kierunku – ujemne.
T – w = ma
750 – 500 = 50 a
250 = 50 a
za = 250 / 50
a = 5,0 ms-2
Prawidłowa odpowiedź to A.
3. Osoba o masie 60 kg znajduje się w windzie, która porusza się w dół z przyspieszeniem 3 m/s.-2. Jeśli przyspieszenie grawitacyjne na Ziemi wynosi 10 m/s-2, wówczas wielkość siły nacisku wywieranego przez podłogę windy na osobę wynosi….
A. 180 N
B. 200 N
C. 340 N
D.420 N
E. 600 N
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa (m) = 60 kg
Przyspieszenie człowieka i windy (a) = 3 m/s2
Przyspieszenie grawitacyjne (g) = 10 m/s2
Grawitacja (w) = mg = (60)(10) = 600 niutonów
Zapytano: siła normalna (N)
Jawab:
Na osobę w windzie działają dwie siły: grawitacja (w) oraz siła nacisku podłogi windy na osobę (N). Istnieją trzy wielkości wektorowe: grawitacja, siła nacisku i przyspieszenie windy, gdzie grawitacja jest skierowana w dół, siła nacisku w górę, a przyspieszenie windy w dół. Wartość wektora skierowana w dół ma znak dodatni, a wartość wektora skierowana w górę ma znak ujemny.
∑F = ma
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 niutonów
Prawidłowa odpowiedź to D.
4. Reza, o masie 40 kg, znajduje się w windzie jadącej w górę. Jeśli siła nacisku podłogi windy na stopy Rezy wynosi 520 N, a przyspieszenie grawitacyjne wynosi 10 m/s-2, wówczas przyspieszenie windy wynosi….
A. 1,0 ms-2
B. 1,5 ms-2
C. 2,0 ms-2
D. 2,5 ms-2
E. 3,0 ms-2
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa (m) = 40 kg
Siła normalna (N) = 520 N
Przyspieszenie grawitacyjne (g) = 10 m/s2
Siła grawitacji (w) = mg = (40)(10) = 400 N
Zapytano: Przyspieszenie windy
Jawab:
∑F = ma
400 – 520 = (40)(a)
-120 = (40)(a)
a = -120/40
a = -3 m/s2
Przyspieszenie windy wynosi 3 m/s2Znak minus oznacza, że winda jedzie w górę.
5. Osoba o masie 60 kg znajduje się w windzie poruszającej się w dół z przyspieszeniem 3 ms.-2Jak duży nacisk wywierają stopy ludzi na podłogę windy?
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa osoby (m) = 60 kg
Masa osoby (w) = mg = (60 kg)(10 m/s2) = 600 kg·m/s2 = 600 niutonów
Przyspieszenie windy (a) = 3 m/s2, w dół.
Zapytano: Jak duży nacisk wywierają stopy ludzi na podłogę windy?
Jawab:
Winda porusza się w dół z przyspieszeniem (a) 3 m/s2. Siła działająca w tym samym kierunku, w którym porusza się winda, jest dodatnia, siła działająca w kierunku przeciwnym do ruchu windy jest ujemna.
w – N = ma
N = w – ma
N = 600 – (60)(3)
N = 600 – 180
N = 420 niutonów
Jest to siła nacisku, jaką podłoga windy wywiera na osobę. Osoba stoi nieruchomo w windzie, więc wartość siły nacisku jest równa pozornej wadze osoby. Ciężar pozorny jest równy naciskowi stóp osoby na podłogę.
System obciążenia liną bloczkową
6. Dwa przedmioty A i B, każdy o masie 6 kg i 2 kg, są przywiązane liną do krążka, jak pokazano na rysunku. Jeżeli zaniedbamy tarcie liny i krążka i g = 10 ms-2, wówczas napięcie liny wynosi ....
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D.30 N
E. 50 N
Pembahasan
Wiadomo, że:
mA = 6 kg, mB = 2 kg, g = 10 m/s2
wA = mA g = (6 kg)(10 m/s2) = 60 kg·m/s2
wB = mB g = (2 kg)(10 m/s2) = 20 kg·m/s2
Pytanie: Jaka jest siła naciągu liny (T)?
Jawab:
wA > wB dlatego układ porusza się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara (mA przesuń w dół, mB podnieść).
Przyśpieszenie
ΣF = mama
wA - wB = (mA +mB) do
60 – 20 = (6 + 2)a
40 = (8) a
a = 40 / 8 = 5 m/s2
Napięcie liny
mA opuszczać
wA - TA = mA a
60 - TA = (6)(5)
60 - TA = 30
TA = 60 - 30
T2 = 30 niutonów
mB podnieść
TB - wB = mB a
TB – 20 = (2)(5)
TB - 20 = 10
TB = 10 + 20
T1 = 30 niutonów
Siła naciągu struny (T) = 30 niutonów.
Prawidłowa odpowiedź to D.
7. Spójrz na obrazek z boku! Tarcie między liną a krążkiem jest pomijane. Jeśli masa A = 5 kg, g = 10 ms-2 a A porusza się w dół z przyspieszeniem 2,5 ms-2, to jaka jest masa B?
A. 0,5 kg
B. 1 kg
C. 1,5 kg
D. 2 kg
E. 3 kg
Pembahasan
Wiadomo, że:
Masa A (mA) = 5 kg
Przyspieszenie grawitacyjne (g) = 10 m/s2
Przyspieszenie A lub przyspieszenie układu (a) = 2,5 m/s2
Waga A (wA) = (mA)(g) = (5)(10) = 50 niutonów
Zapytano: jaka jest masa B (mB)?
Jawab:
Blok A przesuwa się w dół z powodu ciężaru A (wA) jest większa niż waga B (wB).
Zastosuj drugie prawo Newtona:
ΣF = ma
wA - wB = (mA +mB) do
50 – (metrówB)(10) = (5 + mB) (2,5)
50 - 10 mB = 12,5 + 2,5 mB
50 – 12,5 = 2,5 mB + 10 m²B
37,5 = 12,5 m²B
mB = 3 kg
Prawidłowa odpowiedź to E.
8. Dwa obiekty o masach 2 kg i 3 kg przywiązano liną, a następnie przymocowano do bloczka, którego masę pomijamy, jak pokazano na rysunku.
Jeżeli wartość przyspieszenia grawitacyjnego = 10 ms-2, siła naciągu struny działająca na układ wynosi….
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D.30 N
E. 50 N
Pembahasan
Wiadomo, że:
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 m/s2
w1 = (m1)(g) = (2 kg)(10 m/s2) = 20 kg·m/s2 lub 20 niutonów
w2 = (m2)(g) = (3 kg)(10 m/s2) = 30 kg·m/s2 lub 30 niutonów
Pytanie: Jaka jest siła naciągu liny (T)?
Jawab:
w2 > w1 dlatego układ porusza się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (m2 przesuń w dół, m1 podnieść).
Przyśpieszenie
ΣF = mama
w2 - w1 = (m1 +m2) do
30 – 20 = (2 + 3 )a
10 = (5) a
a = 10 / 5 = 2 m/s2.
Napięcie liny
m2 opuszczać
w2 - T2 = m2 a
30 - T2 = (3)(2)
30 - T2 = 6
T2 = 30 - 6
T2 = 24 niutonów
m1 podnieść
T1 - w1 = m1 a
T1 – 20 = (2)(2)
T1 - 20 = 4
T1 = 20 + 4
T1 = 24 niutonów
Siła naciągu struny (T) = 24 niutonów.
Prawidłowa odpowiedź to B.
9. Dwa klocki połączone są gładkim krążkiem, a masa krążka jest ignorowana, jak pokazano na rysunku. Masa A = mA, masa B = mB a klocek B spada z przyspieszeniem a. Jeżeli przyspieszenie grawitacyjne wynosi g, to wartość naprężenia liny występującego w klocku B wynosi…
A. T = mB.a
B. T = mA (a – g)
C. T = mA (g – a)
D. T = mB (a – g)
E. T = mB (g – a)
Pembahasan
Płaska powierzchnia jest gładka, więc nie występuje żadna siła tarcia, która hamowałaby ruch klocka A. Siłą, która porusza układ klocków, jest ciężar klocka B.
Oblicz przyspieszenie układu:
Oblicz siłę naciągu liny (T):
Rozważmy ruch jednego z obiektów, na przykład A. A porusza się w prawo.
Zastąp mA pada równanie 1 z mA pada równanie 2.
Prawidłowa odpowiedź to E.
10. Klocek o masie 10 kg umieszczono na szorstkiej podłodze, a następnie ciągnięto go za pomocą siły poziomej F. Jeżeli współczynnik tarcia statycznego wynosi μs = 0,5 i współczynnik tarcia kinetycznego μk = 0,3. Określ wartość siły tarcia, gdy klocek jest tuż przed rozpoczęciem ruchu. (g = 10 m/s2)
Pembahasan
Klocek będzie się poruszał dokładnie wtedy, gdy wartość siły ciągnącej będzie równa wartości maksymalnej siły tarcia statycznego. Tarcie statyczne działa na obiekt (hamuje jego ruch), gdy jest on ciągnięty, ale jeszcze się nie poruszył. Tarcie statyczne osiąga maksymalną wartość, gdy obiekt jest tuż przed ruchem (obiekt jeszcze się nie poruszył, jest prawie w ruchu). Z kolei tarcie kinetyczne działa na obiekt (hamuje jego ruch), gdy obiekt już się porusza.
Wiadomo, że:
Pytanie: Maksymalna siła tarcia statycznego (fs)?
Jawab:
Jeżeli obiekt znajduje się na płaskiej płaszczyźnie, jak na rysunku, wartość siły normalnej jest równa ciężarowi obiektu.
Siła normalna (N) = siła grawitacji (w) = 100 niutonów
Wzór na maksymalną siłę tarcia statycznego:
Współczynnik tarcia kinetycznego nie jest brany pod uwagę w obliczeniach.
11. Dwa klocki połączono lekką liną ciągniętą za pomocą siły poziomej F = 20 N (patrz rysunek). Jeśli g = 10 ms-2 a współczynnik tarcia kinetycznego pomiędzy klockiem i powierzchnią wynosi 0,1, określ wartość przyspieszenia klocka...
Pembahasan
Wiadomo, że:
Pytanie: przyspieszenie (a) klocka?
Jawab:
12. Klocek A o masie 2 kg i klocek B o masie 4 kg są ułożone jak na rysunku. Jeśli współczynnik tarcia podłogi jest trzykrotnie większy od współczynnika tarcia klocka B, klocek A będzie się poruszał z przyspieszeniem 5 m/s.-2. Zatem stosunek siły tarcia między klockiem A a podłogą do klocków A i B wynosi… g = 10 m/s2
Pembahasan
Wiadomo, że:
Zapytano:
Porównanie siły tarcia klocka A i podłogi (fs A) z siłą tarcia klocków A i B (fs B)?
Jawab:
13. Spójrz na obrazek z boku! Masa każdego klocka wynosi m.1 = 2 kg i m2 = 3 kg, a masa koła pasowego jest pomijana. Jeśli powierzchnia płaszczyzny jest gładka, a g = 10 ms-2, wówczas przyspieszenie układu wynosi ….
A. 0,5 ms-2
B. 2,0 ms-2
C. 2,5 ms-2
D. 4,0 ms-2
E. 6,0 ms-2
Pembahasan
Wiadomo, że:
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w2 = m2 g = (3)(10) = 30 kg·m/s2 lub 30 niutonów
Pytanie: Przyspieszenie układu (a)?
Jawab:
14. Ciało o masie jest połączone liną przechodzącą przez gładki krążek, jak pokazano na rysunku. Jeśli m1 = 2 kg, m2 = 3 kg i g = 10 ms-2, wówczas wartość siły naciągu liny T wynosi…
A. 10,2 N
B. 13,3 N
C. 15,5 N
D.18,3 N
E. 24,0 N
Pembahasan
Wiadomo, że:
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w1 = (2)(10) = 20 niutonów
w2 = (3)(10) = 30 niutonów
Pytanie: Jaka jest wartość siły naciągu liny (T)?
Jawab:
w2 = 30 niutonów jest większe niż w1 = 20 niutonów, zatem m2 przesuń w dół, m1 podnieść.
Wzór na drugie prawo Newtona:
Siła naciągu liny?
Zgodnie z kierunkiem ruchu układu lub kierunkiem przyspieszenia układu, kierunek siły grawitacyjnej m2 w dół, kierunek siły naciągu liny na m2 na górę:
w2 - T2 = m2 a
30 - T2 = (3)(2)
30 - T2 = 6
T2 = 30 - 6
T2 = 24 niutonów
Kierunek grawitacji m1 w dół, kierunek siły naciągu liny na m1 na górę:
T1 - w1 = (m1)(A)
T1 – 20 = (2)(2)
T1 - 20 = 4
T1 = 4 + 20
T1 = 24 niutonów
Siła naciągu liny (T) = T1 =T2 = 24 niutonów.
15. Dwa klocki, każdy o masie 4 kg, są połączone liną i bloczkiem, jak pokazano na rysunku. Powierzchnia i bloczek są gładkie. Jeśli klocek B jest ciągnięty z siłą poziomą 50 N, przyspieszenie klocka wynosi… (g = 10 m/s)2)
A. 1,25 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10 m/s2
D.12,5 m/s2
E. 15 m/s2
Pembahasan
Wiadomo, że:
mA = 4 kg, mB = 4 kg, g = 10 m/s2
wA = (mA)(g) = 4)(10) = 40 niutonów
F = 50 niutonów
Pytanie: przyspieszenie systemu?
Jawab:
Wzór na drugie prawo Newtona:
Przyspieszenie obu bloków wynosi 1,25 m/s2. Kierunek ruchu dwóch klocków = kierunek siły rozciągającej F.
16. Spójrz na obrazek z boku! Masa każdego klocka wynosi m.1 = 6 kg i m2 = 4 kg, a masa koła pasowego jest pomijana. Jeśli powierzchnia płaszczyzny jest gładka, a g = 10 ms-2, maka przyśpieszenie system jest taki….
A. 0,5 ms-2
B. 2,0 ms-2
C. 2,5 ms-2
D. 4,0 ms-2
E. 5,0 ms-2
Pembahasan
Wiadomo, że:
m1 = 6 kg, m2 = 4 kg, g = 10 m/s2
w1 = m1 g = (6 kg)(10 m/s2) = 60 kg·m/s2 lub 60 niutonów
w2 = m2 g = (4 kg)(10 m/s2) = 40 kg·m/s2 lub 40 niutonów
Pytanie: przyspieszenie układu (a)?
Jawab:
m1znajduje się na gładkiej, płaskiej powierzchni bez tarcia, dzięki czemu układ jest napędzany powaga blok 2.
Terapkan Drugie prawo Newtona :
∑F = ma
w2 = (m1 +m2) do
40 N = (6 kg + 4 kg)
40 N = (10 kg)
a = 40 N / 10 kg
a = 4 m/s2
Prawidłowa odpowiedź to D.
17. Dwa klocki, każdy o masie 2 kg, są połączone liną i krążkiem, jak pokazano na rysunku. Powierzchnia i krążek są gładkie. Jeśli klocek B jest ciągnięty z siłą poziomą 40 N, przyspieszenie klocka wynosi… (g = 10 m/s)2)
A. 5 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10 m/s2
D.12,5 m/s2
E. 15 m/s2
Dyskusja:
Wiadomo, że:
mA = mB = 2 kg, g = 10 m/s2, F = 40 N
wA = mg = (2)(10) = 20 N
Pytanie: przyspieszenie klocka (a)?
Jawab:
Powierzchnia bloku jest gładka, dlatego siła wpływająca na ruch bloku jest tylko siła F i ciężar bloku A.
Zastosuj drugie prawo Newtona:
∑F = ma
F – wA = (mA +mB) do
40 – 20 = (2 + 2)a
20 = (4) a
za = 20 / 4
a = 5 m/s2
Prawidłowa odpowiedź to A.
Pochyła płaszczyzna
18. Klocek o masie 2 kg leży na gładkiej równi pochyłej o kącie nachylenia 30°.o, tak aby klocek poruszał się ze stałym przyspieszeniem. Jeśli g = 10 ms-2, wówczas wielkość siły, która porusza blok, wynosi...
A. 5 N
B. 6 N
C. 7 N
D.8 N
E. 10 N
Pembahasan
Wiadomo, że:
m = 2 kg, g = 10 m/s2, theta = 30o
w = mg = (2)(10) = 20 kg·m/s2 = 20 XNUMX N.
Pytanie: Jaka siła porusza blok?
Jawab:
Siła, która porusza blok, wynosi wx.
wx = w sin teta
wx = (20 N)(sin 30o)
wx = (20 N)(0,5)
wx = 10 N.
Siła poruszająca klocek wynosi 10 niutonów.
Prawidłowa odpowiedź to E.
19. Dwa klocki połączono lekką liną ciągniętą za pomocą siły poziomej F = 24 N. g = 10 ms-2 a powierzchnia podłogi jest śliska. Wartość przyspieszenia klocka, obliczona zgodnie z drugą zasadą Newtona dla każdego obiektu, wynosi...
Pembahasan
Wiadomo, że:
m1 = 2 kg, m2 = 4 kg, F = 24 N
Pytanie: Jakie jest przyspieszenie klocka (a)?
Jawab:
Wartość przyspieszenia bloku wynosi 4 m/s2.
20. W nieruchomej windzie ciężar Sandiego wynosi 500 N. Przyspieszenie grawitacyjne = 10 ms-2. Gdy winda przyspiesza, naprężenie liny wynosi 750 N. Zatem przyspieszenie windy wynosi...
A. 5,0 ms-2
B. 7,5 ms-2
C. 10,0 ms-2
D. 12,5 ms-2
E. 15,0 ms-2
Pembahasan
Wiadomo, że:
w = 500 N, g = 10 m/s2, T = 750 N
Pytanie: przyspieszenie windy (a)?
Jawab:
Masa haseł:
w = mg
31 808 = m (10)
m = 500 / 10
m = 50 kg
Masa windy nie jest znana, więc całkowita masa windy i jej zawartości = masa kodu.
Zgodnie z pierwszym prawem Newtona, jeżeli winda jest nieruchoma, to siła wypadkowa = 0.
Siła naciągu liny (T) w czasie postoju windy wynosi 500 N.
Gdy winda przyspiesza, siła naciągu liny (T) wynosi 750 N lub wzrasta o 250 N.
Przyspieszenie windy wynosi 5 m/s2 a kierunek przyspieszenia = kierunek ruchu windy jest w górę.
Źródło pytania:
Pytania z egzaminu państwowego z fizyki dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych i zawodowych
