Newtonove pohybové zákony pozostávajú z troch, a to z prvého Newtonovho zákona, druhého Newtonovho zákona a tretieho Newtonovho zákona.
Newtonov prvý zákon
Newtonov prvý zákon hovorí, že každý objekt, ktorý je v pokoji, zostane v pokoji alebo každý objekt, ktorý sa pohybuje priamočiaro konštantnou rýchlosťou, sa bude naďalej pohybovať priamočiaro konštantnou rýchlosťou, ak je celková sila pôsobiaca na objekt nulová.
Predstavte si objekt okolo vás, napríklad stôl, kameň alebo akýkoľvek iný objekt. Stôl, ktorý je v pokoji, zostane v pokoji, ak sa s ním nepohne alebo naň nepôsobí vonkajšia sila, ako je tlaková alebo ťahová sila. Podobne aj iné objekty, ktoré sú v pokoji. Nepôsobia na stôl, kameň alebo akýkoľvek iný objekt, ktorý je v pokoji, žiadne sily? Na objekt pôsobia sily, ale súčet všetkých síl pôsobiacich na objekt alebo celková sila sa rovná nule. Sily pôsobiace na objekt, ktorý je v pokoji na povrchu planéty, ako je Zem, sú gravitačná sila (w) a normálová sila (N). Smer gravitačnej sily je kolmý na stred Zeme, smer normálovej sily je kolmý na stred Zeme. Veľkosť týchto dvoch síl je rovnaká, ale opačného smeru, preto je celková sila rovná nule.
A čo objekt, ktorý sa pohybuje priamočiaro konštantnou rýchlosťou? Aby sme si to objasnili, predpokladajme, že tlačíte objekt, napríklad kus kovu, po povrchu podlahy. Po zatlačení sa kovový kus spomalí a potom sa zastaví v dôsledku trecej sily . Aby sa kovové kusy mohli pohybovať ďalej alebo dlhšie, musíte vyhladiť povrch podlahy a povrch kovových kusov. Čím hladší je povrch podlahy a povrch kovových kusov, tým ďalej sa kovové kusy pohybujú. Ak je povrch podlahy dokonale hladký a nedochádza k treniu, kovové kusy sa budú naďalej pohybovať a nezastavia sa. Nepôsobí na kus kovu, ktorý sa pohybuje po dokonale hladkom povrchu podlahy, žiadna sila? Na kovové kusy pôsobia sily, a to gravitácia a normálové sily. Tieto dve sily pôsobia vo vertikálnom smere a neovplyvňujú pohyb kovových kusov v horizontálnom smere, ak je podlaha dokonale hladká.
Newtonov druhý zákon
Newtonov druhý zákon hovorí, že ak výsledná sila pôsobiaca na objekt nie je nulová, objekt sa bude zrýchľovať. Veľkosť zrýchlenia je úmerná veľkosti výslednej sily a nepriamo úmerná hmotnosti objektu. Smer zrýchlenia je rovnaký ako smer výslednej sily.
ΣF = ma(1.2)
Popis: ΣF = celková sila (kg m/s² ) , m = hmotnosť (kg), a = zrýchlenie (m/ s² )
Rovnica 1.2 je matematickým vyjadrením druhého Newtonovho zákona.
Ak je veľkosť zrýchlenia rovná nule (a = 0), potom sa rovnica 1.2 zmení na rovnicu 1.1. Newtonov prvý zákon je teda špeciálnym prípadom druhého Newtonovho zákona.
Na základe rovnice 1.2 sa dospelo k záveru, že čím väčšia sila, tým väčšie je zrýchlenie. Naopak, čím väčšia je hmotnosť, tým menšie je zrýchlenie. Vzťah medzi silou, hmotnosťou a zrýchlením je lepšie pochopený po vykonaní súvisiacich experimentov. Jeden experiment, ktorý je možné vykonať, je experiment na zrýchlenie dynamického vlaku na koľajniciach pomocou voľne padajúcej hmoty. Na určenie zrýchlenia vlaku použite časovač.
Newtonov tretí zákon
Newtonov tretí zákon hovorí, že ak objekt 1 pôsobí silou na objekt 2, potom súčasne objekt 2 pôsobí silou na objekt 1. Veľkosť oboch síl je rovnaká, ale smer oboch síl je opačný. Jedna sila sa nazýva akcia, druhá sila sa nazýva reakcia (sila akcie a reakcie).
F akcia = – F reakcia (1.3)
Rovnica 1.3 je matematickým vyjadrením tretieho Newtonovho zákona. Znamienko záporné v rovnici 1.3 označuje smer sily.
Urobte experiment, aby ste lepšie pochopili tretí Newtonov zákon. Ak máte skateboard, zatlačte sa o stenu, zatiaľ čo na nej stojíte. Po zatlačení o stenu sa skateboard pohybuje dozadu. Váš tlak je dopredu, zatiaľ čo skateboard sa pohybuje dozadu. To ukazuje, že stena tlačí aj na vás. Keď tlačíte o stenu, súčasne tlačí aj stena. Vaša tlačná sila pôsobí na stenu, zatiaľ čo tlačná sila steny pôsobí na vás. Tieto dve sily majú rovnakú veľkosť, ale opačný smer. Jednu silu môžete nazvať akciou a druhú reakciou.
Ďalší experiment, ktorý môžete urobiť, je nafúknuť gumený balón a potom ho po nafúknutí a naplnení vzduchom vypustiť. Po vypustení balón „letí“. Smer pohybu balóna je opačný ako smer, ktorým vzduch uniká z balóna. Ako sa to dá vysvetliť? Keď sa uvoľní ústie balóna, balón vytlačí vzduch von. Zároveň vzduch tlačí aj na balón. Tlak vzduchu spôsobuje, že balón letí. Tlak balóna pôsobí na vzduch a ťah vzduchu pôsobí na balón. Tieto dve sily majú rovnakú veľkosť, ale opačný smer.
Príklad problémov
1. Sú 4 predmety, banán = 4 kg, kniha = 0,8 kg, basketbalová lopta = 3,5 kg, mango = 1,2 kg. Košík je ťahaný silou 30 N na drsnom rovnom povrchu ( μ = 0,4). Aby sa košík správne pohyboval (hmotnosť košíka sa zanedbáva), predmety, ktoré sa musia do košíka vložiť, sú...
Diskusia
Je známe:
Hmotnosť banánu (m1 ) = 4 kg
Hmotnosť knihy (m² ) = 0,8 kg
Hmotnosť gule (m³ ) = 3,5 kg
Hmotnosť manga (m4 ) = 1,2 kg
Ťahová sila (F) = 30 N
Statický koeficient trenia ( μs ) = 0,4
Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) = 10 m/ s²
Hmotnosť koša zanedbajte
Statická trecia sila (fs ) pôsobí, keď je objekt v pokoji a chystá sa pohybovať, zatiaľ čo kinetická trecia sila pôsobí, keď sa objekt pohybuje.
Otázka: Hmotnosť objektu
Džaváb:
Kôš sa bude pohybovať presne vtedy, keď veľkosť ťažnej sily (F) = veľkosť statickej trecej sily (fₙ ).
Vypočítajte veľkosť statickej trecej sily (f⁻¹ ) :
f s = μ s N = μ s w = μ s mg = (0,4) (m) (10)
fs = 4 m
Presný košík sa bude pohybovať:
F = fs
30 4 = XNUMX XNUMX m
m = 30/4
m = 7,5 XNUMX kg
Hmotnosť banánu 4 kg + hmotnosť gule 3,5 kg = 7,5 kg
Predmety, ktoré musia byť vložené do košíka, sú banány a lopty.
2. Otázka č. 5 z celoštátnej skúšky z fyziky pre akademický rok 2014/2015 SMA/MA
Telesá A s hmotnosťou 6 kg a B s hmotnosťou 4 kg sú spojené lanom a ťahané silou F = 60 N, ako je znázornené na nasledujúcom obrázku.
Ak sa systém pohybuje a koeficient kinetického trenia medzi povrchom podlahy a oboma objektmi je 0,5 (tg θ = 3/4) a g = 10 ms -2 , potom veľkosť ťahovej sily v lane T spájajúcom oba objekty je….
A. 28,8 N
B. 30,0 N
C. 39,6 N
D. 48,0 N
V. 50,0 N
Diskusia
Je známe, že:
Hmotnosť telesa A (m A ) = 6 kg
Hmotnosť telesa B (m B ) = 4 kg
Ťahová sila (F) = 60 Newtonov
Koeficient kinetického trenia medzi predmetom a podlahou (μk ) = 0,5
Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) = 10 m/ s²
Tangens θ = 3/4
Otázka: Aké veľké je napätie v lane T?
Odpoveď:
Horizontálna zložka sily F:
Fx = Fcosθ
F x = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Vertikálna zložka sily F:
F y = F sin θ
F y = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
Normálna sila telesa A:
N A = w A = m A g = (6)(10) = 60 N
Normálna sila telesa B:
N B + F y – w B = 0
N B + F y = w B
N B = w B – F y = m B g – F y = (4)(10) – 36 = 40 – 36 = 4 N
Kinetická trecia sila medzi objektom A a podlahou:
f kA = μ kN A = (0,5) (60) = 30 N
Kinetická trecia sila medzi objektom B a podlahou:
f kB = μ k N B = (0,5) (4) = 2 N
Vypočítajte zrýchlenie oboch objektov:
ΣF = ma
F x – T + T – f kB – f kA = (m A + m B ) a
Napínacia sila v strune T má pozdĺž dĺžky struny rovnakú veľkosť a opačný smer, takže je z rovnice vylúčená.
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
48 – 2 – 30 = (6 + 4) a
16 = 10 a
a = 16/10
a = 1,6 m/ s²
Vypočítajte napínaciu silu lana T:
Uvažujme objekt A. Sily pôsobiace na objekt A v horizontálnom (horizontálnom) smere sú sila napätia lana (T), ktorá smeruje doprava, a kinetická trecia sila (fkA ) , ktorá smeruje doľava.
ΣF = ma
T A – f kA = m A a
TA – 30 = (6)(1,6)
TA – 30 = 9,6
TA = 9,6 + 30 = 39,6 N
Uvažujme objekt B. Sily pôsobiace na objekt B v horizontálnom (horizontálnom) smere sú sila F x , ktorá smeruje doprava, kinetická trecia sila (f kB ) a sila ťahu lana (T), ktorá smeruje doľava.
ΣF = ma
F x – f kB – T B = m B a
48 – 2 – T B = (4)(1,6)
46 – T B = 6,4
46 – 6,4 = T B
T B = 39,6 N
Takže ťahová sila v lane pôsobiaca na objekt A (T A ) = ťahová sila v lane pôsobiaca na objekt B (T B ) = 39,6 N.
Správna odpoveď je C.
3. Otázka č. 5 z celoštátnej skúšky z fyziky pre akademický rok 2014/2015 SMA/MA
Pozrite sa na nasledujúci obrázok!
V dôsledku sily F sa systém telies pohybuje. Ak je podlaha drsná a koeficient kinetického trenia medzi dvoma blokmi a podlahou je 0,2, aké je zrýchlenie, ktoré tieto dve telesá dostávajú? (cos 37 o = 0,8 , sin 37 o = 0,6)
A. 2,6 ms-2
B. 4,0 ms -2
C. 5,2 ms -2
D. 7,8 ms -2
E. 10,2 ms -2
Diskusia
Je známe, že:
Hmotnosť telesa A (m A ) = 4 kg
Hmotnosť telesa B (m B ) = 2 kg
Ťahová sila (F) = 30 Newtonov
Koeficient kinetického trenia medzi predmetom a podlahou (μk ) = 0,2
Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) = 10 m/ s²
cos 37 o = 0,8
sin 37 o = 0,6
Otázka: Aké zrýchlenie zažívajú tieto dva objekty?
Odpoveď:
Horizontálna zložka sily F:
Fx = Fcosθ
F x = (30)(0,8) = 24 N
Vertikálna zložka sily F:
F y = F sin θ
F y = (30)(0,6) = 18 N
Normálna sila telesa A:
N A = w A = m A g = (4)(10) = 40 N
Normálna sila telesa B:
N B + F y – w B = 0
N B + F y = w B
N B = w B – F y = m B g – F y = (2)(10) – 18 = 20 – 18 = 2 N
Kinetická trecia sila medzi objektom A a podlahou:
f kA = μ kN A = (0,2) (40) = 8 N
Kinetická trecia sila medzi objektom B a podlahou:
f kB = μ k N B = (0,2) (2) = 0,4 N
Vypočítajte zrýchlenie oboch objektov:
ΣF = ma
F x – f kB – f kA = (m A + m B ) a
24 – 0,4 – 8 = (4 + 2) a
15,6 = 6 a
a = 15,6/6
a = 2,6 m/ s²
Správna odpoveď je A.
