4 exemple de întrebări despre aplicarea legilor lui Newton la mișcarea rectilinie a unui lift sau elevator
1. O persoană cu o masă de 50 kg se află într-un lift. Accelerația gravitațională = 10 m/s2Determinați magnitudinea forței normale exercitate de podeaua liftului asupra persoanei dacă:
(a) lift silențios
(b) liftul coboară cu o viteză constantă
(c) liftul se mișcă în sus cu o accelerație de 5 m/s2
(d) liftul coboară cu o accelerație de 5 m/s2
(e) elevator cu cădere liberă
Pembahasan
Este cunoscut :
Masa persoanei (m) = 50 kg
Accelerația gravitațională (g) = 10 m/s2
Greutatea unei persoane (w) = mg = (50)(10) = 500 newtoni
Jawab :
(a) lift silențios
Liftul este în repaus, nu există accelerație (a = 0)
Forța îndreptată în sus este pozitivă, forța îndreptată în jos este negativă.
(b) liftul coboară cu o viteză constantă
Liftul se mișcă cu o viteză constantă, nu există accelerație (a = 0)
Forța îndreptată în sus este pozitivă, forța îndreptată în jos este negativă.
(c) liftul se mișcă în sus cu o accelerație de 5 m/s2
Liftul se mișcă în sus cu o accelerație (a) de 5 m/s2
Forța în aceeași direcție cu mișcarea ascensorului este pozitivă, forța în direcția opusă mișcării ascensorului este negativă.
N – w = ma
N = w + ma
N = 500 + (50)(5)
N = 500 + 250
N = 750 Newtoni
Mărimea forței normale (N) este egală cu greutatea (w), prin urmare, atunci când liftul se mișcă în sus, corpul persoanei se simte mai greu. Cu alte cuvinte, atunci când liftul se mișcă în sus, greutatea aparentă a persoanei devine mai mare. Dacă persoana stă pe un cântar, atunci când liftul se mișcă în sus, cântarul va arăta că masa persoanei este mai mare.
(d) liftul coboară cu o accelerație de 5 m/s2
Liftul coboară cu o accelerație (a) de 5 m/s2
Forța în aceeași direcție cu mișcarea ascensorului este pozitivă, forța în direcția opusă mișcării ascensorului este negativă.
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(5)
N = 500 – 250
N = 250 Newtoni
Pe măsură ce liftul coboară, corpul persoanei se simte mai ușor. Cu alte cuvinte, pe măsură ce liftul coboară, greutatea aparentă a persoanei crește. Dacă persoana ar sta pe un cântar, pe măsură ce liftul coboară, cântarul ar arăta o masă mai mică.
(e) elevator cu cădere liberă
Un ascensor cu cădere liberă înseamnă că ascensorul se mișcă în jos, unde accelerația ascensorului (a) = accelerația gravitațională (g). De exemplu, g = 10 m/s2 atunci a = 10 m/s2
Forța în aceeași direcție cu mișcarea ascensorului este pozitivă, forța în direcția opusă mișcării ascensorului este negativă.
w – N = ma
N = w – ma
N = 500 – (50)(10)
N = 500 – 500
N = 0
Când liftul este în cădere liberă, greutatea aparentă a persoanei este zero. Cu alte cuvinte, persoana s-ar percepe ca fiind fără greutate. Dacă persoana ar sta pe un cântar, pe măsură ce liftul se mișcă în jos, cântarul ar indica faptul că masa sa este zero. Această condiție este similară cu a te afla într-un spațiu fără gravitație.
2. Determinați magnitudinea forței de tensiune asupra cablului de susținere a ridicării cu o masă de 2000 kg, dacă:
(a) lift silențios
(b) liftul coboară cu o accelerație de 5 m/s2
(c) liftul se mișcă în sus cu o accelerație de 5 m/s2
(d) elevator cu cădere liberă
Presupunem că accelerația gravitațională (g) este de 10 m/s2
Pembahasan
Este cunoscut :
Masă portantă (m) = 2000 kg
Accelerația gravitațională (g) = 10 m/s2
Greutate de ridicare (w) = mg = (2000)(10) = 20.000 newtoni
Jawab :
(a) lift silențios
Liftul este în repaus, nu există accelerație (a = 0)
Forța îndreptată în sus este pozitivă, forța îndreptată în jos este negativă.
Când elevatorul este nemișcat, forța de tensiune asupra frânghiei (T) = greutatea elevatorului (w) = 20.000 newtoni
(b) liftul coboară cu o accelerație de 5 m/s2
Liftul coboară cu o accelerație (a) de 5 m/s2
Forța în aceeași direcție cu mișcarea ascensorului este pozitivă, forța în direcția opusă mișcării ascensorului este negativă.
w – T = ma
T = w – ma
T = 20.000 – (2000)(5)
T = 20.000 – 10.000
T = 10.000 Newtoni
Când ascensorul coboară, forța de tensiune asupra cablului (T) devine mai mică decât atunci când ascensorul este nemișcat.
(c) liftul se mișcă în sus cu o accelerație de 5 m/s2
Liftul se mișcă în sus cu o accelerație (a) de 5 m/s2
Forța în aceeași direcție cu mișcarea ascensorului este pozitivă, forța în direcția opusă mișcării ascensorului este negativă.
T – w = ma
T = w + ma
T = 20.000 + (2000)(5)
T = 20.000 + 10.000
T = 30.000 Newtoni
Când ascensorul se mișcă în sus, forța de tensiune asupra frânghiei (T) devine mai mare decât atunci când ascensorul este staționar.
(d) elevator cu cădere liberă
Un ascensor cu cădere liberă înseamnă că ascensorul se mișcă în jos, unde accelerația ascensorului (a) = accelerația gravitațională (g). De exemplu, g = 10 m/s2 atunci a = 10 m/s2
Forța în aceeași direcție cu mișcarea ascensorului este pozitivă, forța în direcția opusă mișcării ascensorului este negativă.
w – T = ma
T = w – ma
T = 20.000 – (2000)(10)
T = 20.000 – 20.000
T = 0
Când un ascensor este în cădere liberă, tensiunea din cablu (T) devine zero. Deoarece tensiunea din cablu este egală cu greutatea ascensorului, atunci când tensiunea din cablu este zero, și greutatea ascensorului pare a fi zero. Această situație este similară cu cea în care un obiect se află într-un vid gravitațional sau într-un spațiu în care nu există forță gravitațională.
Aplicarea legii mișcării lui Newton într-un lift
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/s2Semnul negativ înseamnă că liftul se mișcă în sus.
Răspunsul corect este E.
Sursa întrebării:
Întrebări de fizică pentru examenul național de liceu/liceu vocațional
