20 de exemple ale legilor lui Newton
Prima lege a lui Newton
1. Dacă forța rezultantă care acționează asupra unui obiect este egală cu zero, atunci...
(1) obiectul nu va accelera
(2) obiectele sunt întotdeauna în repaus
(3) schimbarea vitezei obiectului este zero
(4) este imposibil ca un obiect să se miște în linie dreaptă cu o viteză constantă
Adevărul este că…
A. (1), (2) și (3)
B. Doar (1) și (3)
Doar (2) și (4)
D. (4) doar
E. (1), (2), (3) și (4)
Pembahasan
Răspunsul corect este:
(1) Obiectul nu va accelera
Forța rezultantă face ca un obiect să accelereze. Dacă forța rezultantă este zero, obiectul nu va accelera.
(2) Obiectele sunt întotdeauna în repaus
Prima lege a lui Newton afirmă că, dacă forța rezultantă care acționează asupra unui obiect este egală cu zero, atunci un obiect care este în repaus va rămâne în repaus , iar un obiect care se mișcă cu o viteză constantă (mișcare liniară uniformă) va rămâne în mișcare cu o viteză constantă.
(3) Schimbarea vitezei obiectului este zero
Variația vitezei = accelerația. O variație a vitezei unui obiect este zero, ceea ce înseamnă că accelerația obiectului este zero. Dacă accelerația este zero, atunci forța rezultantă care acționează asupra obiectului este zero.
Răspunsul corect este A.
Obiecte în lift
2. Când Sandi se află într-un lift staționar, greutatea sa este de 500 N. Accelerația gravitațională = 10 ms –2 . Când liftul accelerează, tensiunea din frânghie devine 750 N. Astfel, accelerația liftului este…
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
Se știe că:
Greutate codată (w) = 500 Newton = 500 kg ms –2 (liftul în repaus)
Accelerația gravitațională (g) = 10 m s –2
Masă parolă (m) = 500 / 10 = 50 kg
Tensiunea cablului (T) = 750 N (accelerat de lift)
Masa ascensorului este neglijată.
Întrebare: Accelerarea liftului
Jawab:
Liftul este în repaus, nu există accelerație (a = 0). Forța ascendentă este pozitivă, forța descendentă este negativă.
ΣF = ma
T – w = 0
T = w
T = 500 Newtoni
Dacă ridicarea accelerează în jos, forța de tensiune din frânghie devine mai mică de 500 de newtoni. Pe de altă parte, dacă ridicarea este accelerată în sus, forța de tensiune din frânghie devine mai mare de 500 de newtoni.
Tensiunea din frânghie devine de 750 N, determinând accelerarea ascendentă a ascensorului. Forțele în aceeași direcție cu mișcarea ascensorului sunt pozitive, iar forțele în direcția opusă sunt negative.
T – w = ma
750 – 500 = 50 a
250 = 50 a
a = 250/50
a = 5,0 ms –2
Răspunsul corect este A.
3. O persoană cu o masă de 60 kg se află într-un lift care se mișcă în jos cu o accelerație de 3 ms⁻² . Dacă accelerația gravitațională este de 10 ms⁻² , atunci magnitudinea forței normale exercitate de podeaua liftului asupra persoanei este...
A. 180 N
B. 200 N
C. 340 N
D. 420 N
E. 600 N
Pembahasan
Se știe că:
Masă (m) = 60 kg
Accelerația persoanei și a liftului (a) = 3 m/ s²
Accelerația gravitațională (g) = 10 m/ s²
Gravitație (w) = mg = (60)(10) = 600 newtoni
Întrebare: forța normală (N)
Jawab:
Asupra unei persoane într-un lift acționează două forțe, și anume gravitația (w) și forța normală exercitată de podeaua liftului asupra persoanei (N). Există trei mărimi vectoriale, și anume gravitația, forța normală și accelerația liftului, unde gravitația este îndreptată în jos, forța normală este îndreptată în sus, iar accelerația liftului este îndreptată în jos. Mărimea vectorială îndreptată în jos este aleasă să aibă semn pozitiv, iar mărimea vectorială îndreptată în sus este aleasă să aibă semn negativ.
∑ F = ma
w – N = (60)(3)
600 – N = 180
N = 600 – 180
N = 420 Newtoni
Răspunsul corect este D.
4. Reza, cu o masă de 40 kg, se află într-un lift care se mișcă în sus. Dacă forța podelei liftului asupra picioarelor lui Reza este de 520 N și accelerația gravitațională este de 10 ms -2 , atunci accelerația liftului este...
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
Se știe că:
Masă (m) = 40 kg
Forța normală (N) = 520 N
Accelerația gravitațională (g) = 10 m/ s²
Forța gravitațională (w) = mg = (40)(10) = 400 N
Întrebare: Accelerarea liftului
Jawab:
∑ F = ma
400 – 520 = (40)(a)
-120 = (40)(a)
a = -120/40
a = -3 m/ s²
Accelerația liftului este de 3 m/s² . Semnul negativ înseamnă că liftul se mișcă în sus.
5. O persoană cu o masă de 60 kg se află într-un lift care se mișcă în jos cu o accelerație de 3 ms -2 . Ce presiune exercită picioarele oamenilor pe podeaua liftului?
Pembahasan
Se știe că:
Masa persoanei (m) = 60 kg
Greutatea unei persoane (w) = mg = (60 kg)(10 m/s² ) = 600 kg m/s² = 600 newtoni
Accelerația liftului (a) = 3 m/s² , în jos.
Întrebare: Ce presiune exercită picioarele unei persoane pe podeaua liftului?
Jawab:
Liftul se mișcă în jos cu o accelerație (a) de 3 m/s² . Forța în aceeași direcție cu mișcarea liftului este pozitivă, forța în direcția opusă mișcării liftului este negativă.
w – N = ma
N = w – ma
N = 600 – (60)(3)
N = 600 – 180
N = 420 Newtoni
Aceasta este forța normală pe care podeaua liftului o exercită asupra persoanei. Persoana este staționară în lift, astfel încât magnitudinea forței normale este egală cu greutatea aparentă a persoanei. Greutatea aparentă este egală cu presiunea picioarelor persoanei pe podea.
Sistem de încărcare cu cablu de scripeți
6. Două obiecte A și B, fiecare cu o masă de 6 kg și, respectiv, 2 kg, sunt legate cu o frânghie peste un scripete, așa cum se arată în imagine. Dacă se ignoră frecarea dintre frânghie și scripete și g = 10 ms -2 , atunci tensiunea din frânghie este...
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Pembahasan
Se știe că:
m A = 6 kg, m B = 2 kg, g = 10 m/s 2
w A = m A g = (6 kg)(10 m/ s² ) = 60 kg m/ s²
w B = m B g = (2 kg)(10 m/ s² ) = 20 kg m/ s²
Întrebare: Care este forța de tensiune a frânghiei (T)?
Jawab:
w A > w B, prin urmare sistemul se mișcă în sens invers acelor de ceasornic (m A se mișcă în jos, m B se mișcă în sus).
Accelerare
ΣF = ma
w A – w B = (m A + m B ) a
60 – 20 = (6 + 2)
40 = (8) a
a = 40 / 8 = 5 m/ s²
Tensiunea frânghiei
m A se mișcă în jos
w A – T A = m A a
60 – T A = (6)(5)
60 – TA = 30
TA = 60 – 30
T2 = 30 Newtoni
m B se mișcă în sus
T B – w B = m B a
TB – 20 = (2)(5)
TB – 20 = 10
T B = 10 + 20
T1 = 30 Newtoni
Tensiunea coardei (T) = 30 newtoni.
Răspunsul corect este D.
7. Priviți imaginea din lateral! Frecarea dintre frânghie și scripete este ignorată. Dacă masa A = 5 kg, g = 10 m s⁻² și A se mișcă în jos cu o accelerație de 2,5 m s⁻² , atunci care este masa lui B?
A. 0,5 kg
B. 1 kg
1,5 kg
D. 2 kg
E. 3 kg
Pembahasan
Se știe că:
Masa A (m² A ) = 5 kg
Accelerația gravitațională (g) = 10 m/ s²
Accelerația A sau accelerația sistemului (a) = 2,5 m/ s²
Greutate A (w A ) = (m A )(g) = (5)(10) = 50 newtoni
Întrebare: care este masa lui B (mB )?
Jawab:
Blocul A se mișcă în jos, prin urmare, greutatea lui A (w A ) este mai mare decât greutatea lui B (w B ).
Aplică a doua lege a lui Newton:
ΣF = ma
w A – w B = (m A + m B ) a
50 – (mB ) (10) = (5 + mB ) (2,5)
50 – 10 m L = 12,5 + 2,5 m L
50 – 12,5 = 2,5 m³ + 10 m³
37,5 = 12,5 m B
m B = 3 kg
Răspunsul corect este E.
8. Două obiecte cu mase de 2 kg și 3 kg sunt legate cu o frânghie și apoi atașate la un scripete a cărui masă este ignorată, așa cum se arată în imagine.
Dacă magnitudinea accelerației gravitaționale = 10 ms -2 , forța de tensiune a frânghiei resimțită de sistem este...
A. 20 N
B. 24 N
C. 27 N
D. 30 N
E. 50 N
Pembahasan
Se știe că:
m₁ = 2 kg, m₂ = 3 kg, g = 10 m/ s₂
w² = (m² ) ( g) = (2 kg)(10 m/s² ) = 20 kg m/s² sau 20 newtoni
w² = (m² ) ( g) = (3 kg)(10 m/s² ) = 30 kg m/s² sau 30 newtoni
Întrebare: Care este forța de tensiune a frânghiei (T)?
Jawab:
w2 > w1 , prin urmare sistemul se mișcă în sensul acelor de ceasornic (m2 se mișcă în jos, m1 se mișcă în sus).
Accelerare
ΣF = ma
w² – w¹ = ( m¹ + m² ) a
30 – 20 = (2 + 3) a
10 = (5) a
a = 10 / 5 = 2 m/ s².
Tensiunea frânghiei
m² se deplasează în jos
w² – T² = m²a
30 – T² = (3)(2)
30 – T2 = 6
T2 = 30 – 6
T2 = 24 Newtoni
m 1 se mișcă în sus
T1 – w1 = m1a
T1 – 20 = (2)(2)
T1 – 20 = 4
T1 = 20 + 4
T1 = 24 Newtoni
Tensiunea coardei (T) = 24 newtoni.
Răspunsul corect este B.
9. Două blocuri sunt conectate printr-un scripete lis, iar masa scripetelui este ignorată, așa cum se arată în figură. Masa A = mA , masa B = mB , iar blocul B cade cu accelerația a. Dacă accelerația datorată gravitației este g, atunci magnitudinea tensiunii frânghiei care apare în blocul B este…
A. T = mB.a
B. T = mA ( a – g)
C. T = mA ( g – a)
D. T = m B (a – g)
E. T = m B (g – a)
Pembahasan
Suprafața plană este netedă, deci nu există nicio forță de frecare care să inhibe mișcarea blocului A. Forța care mișcă sistemul de blocuri este greutatea blocului B.
Calculați accelerația sistemului:
Calculați forța de tensiune a frânghiei (T):
Luați în considerare mișcarea unuia dintre obiecte, de exemplu A. A se mișcă spre dreapta.
Înlocuiți mA în ecuația 1 cu mA în ecuația 2.
Răspunsul corect este E.
10. Un bloc cu o masă de 10 kg este așezat pe o suprafață rugoasă și apoi este tras de o forță orizontală F. Dacă coeficientul de frecare statică este μs = 0,5 și coeficientul de frecare cinetică μk = 0,3. Determinați magnitudinea forței de frecare atunci când blocul este pe cale să se miște. (g = 10 m/s2)
Pembahasan
Blocul se va mișca exact dacă magnitudinea forței de tracțiune = magnitudinea forței maxime de frecare statică. Frecarea statică acționează asupra unui obiect (inhibă mișcarea obiectului) atunci când obiectul este tras, dar obiectul nu s-a mișcat încă. Frecarea statică are o valoare maximă atunci când obiectul este pe cale să se miște (obiectul nu s-a mișcat încă, obiectul este aproape în mișcare). În schimb, frecarea cinetică acționează asupra unui obiect (inhibă mișcarea obiectului) atunci când obiectul este deja în mișcare.
Se știe că:
Întrebare: Forța maximă de frecare statică (f)s)?
Jawab:
Dacă obiectul se află pe un plan plat, ca în imagine, magnitudinea forței normale = greutatea obiectului.
Forța normală (N) = gravitația (w) = 100 newtoni
Formula forței maxime de frecare statică:
Coeficientul de frecare cinetică nu este utilizat în calcule.
11. Două blocuri sunt conectate printr-o frânghie ușoară trasă de o forță orizontală F = 20 N (vezi figura). Dacă g = 10 ms-2 și coeficientul de frecare cinetică dintre bloc și suprafață este 0,1, determinați magnitudinea accelerației blocului...
Pembahasan
Se știe că:
Întrebare: accelerația (a) a blocului?
Jawab:
12. Blocul A cu o masă de 2 kg și blocul B cu o masă de 4 kg sunt aranjate așa cum se arată în imagine. Dacă coeficientul de frecare al podelei este de 3 ori mai mare decât coeficientul de frecare al blocului B, blocul A se va mișca cu o accelerație de 5 m/s.-2Deci, raportul dintre forța de frecare dintre blocul A și podea și blocurile A și B este… g = 10 m/s2
Pembahasan
Se știe că:
Întrebat:
Compararea forței de frecare dintre blocul A și podea (fs A) cu forța de frecare a blocurilor A și B (fs B)?
Jawab:
13. Uită-te la imaginea din lateral! Masa fiecărui bloc este m.1 = 2 kg și m2 = 3 kg și masa scripetelui este ignorată. Dacă suprafața planului este netedă și g = 10 ms-2, atunci accelerația sistemului este ….
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
Se știe că:
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w2 = m2 g = (3)(10) = 30 kg m/s2 sau 30 de newtoni
Întrebare: Accelerarea sistemului (a)?
Jawab:
14. Un obiect cu masă este conectat printr-o frânghie care trece printr-un scripete neted, așa cum se arată în imagine. Dacă m1 = 2 kg, m2 = 3 kg și g = 10 ms-2, atunci magnitudinea forței de tensiune a frânghiei T este…
A. 10,2 N
B. 13,3 N
C. 15,5 N
D. 18,3 N
E. 24,0 N
Pembahasan
Se știe că:
m1 = 2 kg, m2 = 3 kg, g = 10 ms-2
w1 = (2)(10) = 20 newtoni
w2 = (3)(10) = 30 newtoni
Întrebare: Care este magnitudinea forței de tensiune asupra frânghiei (T)?
Jawab:
w2 = 30 Newtoni este mai mare decât w1 = 20 Newtoni, prin urmare m2 deplasare în jos, m1 a se deplasa în sus.
Formula celei de-a doua legi a lui Newton:
Forța de tensiune a frânghiei?
În funcție de direcția de mișcare a sistemului sau de direcția de accelerare a sistemului, direcția forței gravitaționale m2 în jos, direcția forței de tensiune a cablului asupra m2 spre vârf:
w2 - T2 = m2 a
30-T2 = (3)(2)
30-T2 = 6
T2 = 30 - 6
T2 = 24 Newtoni
Direcția gravitației m1 în jos, direcția forței de tensiune a cablului asupra m1 spre vârf:
T1 - w1 = (m)1)(A)
T1 – 20 = (2)(2)
T1 - 20 = 4
T1 = 4 + 20
T1 = 24 Newtoni
Forța de tensiune a cablului (T) = T1 =T2 = 24 newtoni.
15. Două blocuri, fiecare cu o masă de 4 kg, sunt conectate printr-o frânghie și un scripete, așa cum se arată în figură. Suprafața și scripetele sunt netede. Dacă blocul B este tras cu o forță orizontală de 50 N, accelerația blocului este… (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
Se știe că:
mA = 4 kg, mB = 4 kg, g = 10 m/s2
wA = (m)A)(g) = 4)(10) = 40 Newtoni
F = 50 Newton
Întrebare: accelerarea sistemului?
Jawab:
Formula celei de-a doua legi a lui Newton:
Accelerația ambelor blocuri este de 1,25 m/s2Direcția de mișcare a celor două blocuri = direcția forței de întindere F.
16. Priviți imaginea din lateral! Masele blocurilor sunt m1 = 6 kg și m2 = 4 kg, iar masa scripetelui este ignorată. Dacă suprafața planului este netedă și g = 10 m s −2 , atunci accelerația sistemului este….
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
Se știe că:
m1 = 6 kg, m2 = 4 kg, g = 10 m/s2
w1 = m1 g = (6 kg)(10 m/s2) = 60 kg m/s2 sau 60 de newtoni
w2 = m2 g = (4 kg)(10 m/s2) = 40 kg m/s2 sau 40 de newtoni
Întrebare: accelerația sistemului (a)?
Jawab:
m1se află pe o suprafață netedă și plană, fără frecare, astfel încât sistemul este acționat de gravitaţie blocul 2.
Terapkan A doua lege a lui Newton :
∑F = ma
w2 = (m)1 +m2)
40 N = (6 kg + 4 kg) a
40 N = (10 kg) a
a = 40 N / 10 kg
a = 4 m / s2
Răspunsul corect este D.
17. Două blocuri, fiecare cu o masă de 2 kg, sunt conectate printr-o frânghie și un scripete, așa cum se arată în figură. Suprafața și scripetele sunt netede. Dacă blocul B este tras cu o forță orizontală de 40 N, accelerația blocului este… (g = 10 m/ s² )
A. 5 m/s2
B. 7,5 m/s2
C. 10 m/s2
D. 12,5 m/s2
E. 15 m/s2
Discuție:
Se știe că:
mA = mB = 2 kg, g = 10 m/s2, F = 40 N
wA = mg = (2)(10) = 20 N
Întrebare: accelerația blocului (a)?
Jawab:
Suprafața blocului este netedă, prin urmare forța care afectează mișcarea blocului este doar forța F și greutatea blocului A.
Aplică a doua lege a lui Newton:
∑F = ma
F – wA = (m)A +mB)
40 – 20 = (2 + 2)
20 = (4) a
a = 20/4
a = 5 m / s2
Răspunsul corect este A.
Plan înclinat
18. Un bloc cu masa de 2 kg se află pe un plan înclinat neted cu un unghi de înclinare = 30°o, astfel încât blocul să se miște cu o accelerație constantă. Dacă g = 10 ms-2, atunci magnitudinea forței care mișcă blocul este...
A. 5 N
B. 6 N
C. 7 N
D. 8 N
E. 10 N
Pembahasan
Se știe că:
m = 2 kg, g = 10 m/s2, teta = 30o
w = mg = (2)(10) = 20 kg m/s2 = 20 N
Întrebare: Ce forță mișcă blocul?
Jawab:
Forța care mișcă blocul este wx.
wx = w fără teta
wx = (20 N)(sin 30o)
wx = (20 N)(0,5)
wx = 10 N.
Forța care mișcă blocul este de 10 newtoni.
Răspunsul corect este E.
19. Două blocuri sunt conectate printr-o frânghie ușoară trasă de o forță orizontală F = 24 N. g = 10 ms-2 iar suprafața podelei este alunecoasă. Magnitudinea accelerației blocului folosind a doua lege a lui Newton pentru fiecare obiect este...
Pembahasan
Se știe că:
m1 = 2 kg, m2 = 4 kg, F = 24 N
Întrebare: Care este accelerația blocului (a)?
Jawab:
Mărimea accelerației blocului este de 4 m/s2.
20. Când se află într-un lift staționar, greutatea lui Sandi este de 500 N. Accelerația gravitațională = 10 ms-2Când ascensorul accelerează, tensiunea din cablu devine 750 N. Astfel, accelerația ascensorului este...
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
Se știe că:
w = 500 N, g = 10 m/s2, T = 750 N
Întrebare: accelerația liftului (a)?
Jawab:
Masa parolei:
w = mg
500 = m (10)
m = 500 / 10
m = 50 kg
Masa ascensorului este necunoscută, deci masa totală a ascensorului și a conținutului său = masa codului.
Conform primei legi a lui Newton, dacă liftul este nemișcat, atunci forța rezultantă = 0.
Forța de tensiune a cablului (T) când elevatorul este staționar = 500 N.
Când ascensorul accelerează, forța de tensiune a cablului (T) devine 750 N sau crește cu 250 N.
Accelerația liftului este de 5 m/s2 iar direcția accelerației = direcția mișcării ascensorului este ascendentă.
Sursa întrebării:
Întrebări de fizică pentru examenul național de liceu/liceu vocațional
