Ligjet e lëvizjes së Njutonit përbëhen nga tre, përkatësisht ligji i parë i Njutonit, ligji i dytë i Njutonit dhe ligji i tretë i Njutonit.
Ligji i Parë i Njutonit
Ligji i Parë i Njutonit thotë se çdo objekt që është në qetësi do të mbetet në qetësi ose çdo objekt që lëviz në vijë të drejtë me shpejtësi konstante do të vazhdojë të lëvizë në vijë të drejtë me shpejtësi konstante nëse forca totale që vepron mbi objektin është zero.
Merrni parasysh një objekt përreth jush, për shembull një tavolinë ose një shkëmb ose çdo objekt tjetër. Një tavolinë që është në qetësi do të mbetet në qetësi nëse nuk lëvizet ose nuk i jepet një forcë e jashtme, siç është një forcë shtytëse ose tërheqëse. Po kështu, objekte të tjera që janë në qetësi. A nuk ka forca që veprojnë mbi tavolinën, shkëmbin ose ndonjë objekt tjetër që është në qetësi? Ka forca që veprojnë mbi objektin, por shuma e të gjitha forcave që veprojnë mbi objektin ose forca totale është e barabartë me zero. Forcat që veprojnë mbi një objekt që është në qetësi në sipërfaqen e një planeti si Toka janë graviteti (w) dhe forca normale (N). Drejtimi i gravitetit është pingul me qendrën e Tokës, drejtimi i forcës normale është pingul me qendrën e Tokës. Madhësia e këtyre dy forcave është e njëjtë, por e kundërt në drejtim, prandaj forca totale është e barabartë me zero.
Po në lidhje me një objekt që lëviz në vijë të drejtë me shpejtësi konstante? Për ta sqaruar këtë çështje, supozojmë se shtyni një objekt, për shembull një copë metali, përgjatë sipërfaqes së dyshemesë. Pasi shtyhet, copa metalike ngadalësohet dhe më pas ndalet për shkak të forcës së fërkimit . Që copat metalike të lëvizin më tej ose më gjatë, duhet të lëmoni sipërfaqen e dyshemesë dhe sipërfaqen e copave metalike. Sa më e lëmuar të jetë sipërfaqja e dyshemesë dhe sipërfaqja e copave metalike, aq më larg lëvizin copat metalike. Nëse sipërfaqja e dyshemesë është krejtësisht e lëmuar dhe nuk ka fërkim, copat metalike do të vazhdojnë të lëvizin dhe nuk do të ndalen. A nuk vepron ndonjë forcë mbi një copë metali që lëviz mbi një sipërfaqe dyshemeje krejtësisht të lëmuar? Ka forca që veprojnë mbi copat metalike, përkatësisht forcat e gravitetit dhe forcat normale. Këto dy forca veprojnë në drejtimin vertikal dhe nuk ndikojnë në lëvizjen e copave metalike në drejtimin horizontal nëse dyshemeja është krejtësisht e lëmuar.
Ligji i Dytë i Njutonit
Ligji i Dytë i Njutonit thotë se nëse forca neto që vepron mbi një objekt nuk është zero, objekti do të përshpejtohet. Madhësia e nxitimit është proporcionale me madhësinë e forcës neto dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me masën e objektit. Drejtimi i nxitimit është i njëjtë me drejtimin e forcës neto.
ΣF = ma(1.2)
Përshkrim: ΣF = forca totale (kg m/s 2 ), m = masa (kg), a = nxitimi (m/s 2 )
Ekuacioni 1.2 është një pohim matematik i ligjit të dytë të Njutonit.
Nëse madhësia e nxitimit është e barabartë me zero (a = 0), atëherë ekuacioni 1.2 ndryshon në ekuacionin 1.1. Pra, ligji i parë i Njutonit është një rast i veçantë i ligjit të dytë të Njutonit.
Bazuar në ekuacionin 1.2, konkludohet se sa më e madhe të jetë forca, aq më i madh është nxitimi. Anasjelltas, sa më e madhe të jetë masa, aq më i vogël është nxitimi. Marrëdhënia midis forcës, masës dhe nxitimit kuptohet më mirë pas kryerjes së eksperimenteve që lidhen me këtë. Një eksperiment që mund të kryhet është një eksperiment për të përshpejtuar një tren dinamik në shina duke përdorur një masë që bie lirisht. Përdorni një kohëmatës për të përcaktuar nxitimin e trenit.
Ligji i Tretë i Njutonit
Ligji i tretë i Njutonit thotë se nëse objekti 1 ushtron një forcë mbi objektin 2, atëherë në të njëjtën kohë objekti 2 ushtron një forcë mbi objektin 1. Madhësia e të dy forcave është e njëjtë, por drejtimi i të dy forcave është i kundërt. Njëra forcë quhet veprim, forca tjetër quhet reagim (forca veprim-reagim).
Veprimi F = – Reaksioni F (1.3)
Ekuacioni 1.3 është një pohim matematik i ligjit të tretë të Njutonit. Shenja negative në ekuacionin 1.3 tregon drejtimin e forcës.
Kryeni një eksperiment për të kuptuar më mirë ligjin e tretë të Njutonit. Nëse keni një skateboard, shtyjeni kundër një muri ndërsa qëndroni mbi të. Pasi të shtyni kundër murit, skateboardi lëviz prapa. Shtytja juaj është përpara, ndërsa skateboardi lëviz prapa. Kjo tregon se muri po shtyn gjithashtu kundër jush. Kur shtyni kundër murit, në të njëjtën kohë, edhe muri po shtyn kundër jush. Forca juaj shtytëse vepron në mur, ndërsa forca shtytëse e murit vepron mbi ju. Të dy forcat janë të barabarta në madhësi, por të kundërta në drejtim. Mund ta quani njërën forcë veprim dhe tjetrën reagim.
Një eksperiment tjetër që mund të bëni është të fryni një tullumbace gome dhe pastaj ta lëshoni pasi të jetë fryrë dhe mbushur me ajër. Pasi ta lëshoni, tullumbace "fluturon". Drejtimi i lëvizjes së tullumbace është i kundërt me drejtimin që ajri po del nga tullumbace. Si mund të shpjegohet kjo? Kur gryka e tullumbaces lirohet, tullumbaceja e shtyn ajrin jashtë. Në të njëjtën kohë, edhe ajri e shtyn tullumbacen. Forca shtytëse e ajrit bën që tullumbaceja të fluturojë. Forca shtytëse e tullumbaces vepron mbi ajrin dhe forca shtytëse e ajrit vepron mbi tullumbacen. Të dy forcat janë të barabarta në madhësi, por të kundërta në drejtim.
Shembull problemesh
1. Janë 4 objekte, banane = 4 kg, libër = 0,8 kg, top basketbolli = 3,5 kg, mango = 1,2 kg. Shporta tërhiqet me një forcë prej 30 N mbi një sipërfaqe të ashpër dhe të sheshtë ( μ = 0,4). Që shporta të lëvizë siç duhet (masa e shportës injorohet), objektet që duhet të futen në shportë janë...
Diskutim
Është e njohur:
Masa e bananes (m1 ) = 4 kg
Masa e librit (m² ) = 0,8 kg
Masa e topit (m3 ) = 3,5 kg
Masa e mangos (m4 ) = 1,2 kg
Forca e tërheqjes (F) = 30 N
Koeficienti i fërkimit statik ( μ s ) = 0,4
Përshpejtimi për shkak të gravitetit (g) = 10 m/ s²
Injoroni masën e shportës
Forca e fërkimit statik (fs ) vepron kur objekti është ende në qetësi dhe është gati të lëvizë, ndërsa forca kinetike e fërkimit vepron kur objekti është në lëvizje.
Pyetja: Masa e objektit
Përgjigje:
Shporta do të lëvizë pikërisht kur madhësia e forcës tërheqëse (F) = madhësia e forcës statike të fërkimit (f s ).
Llogaritni madhësinë e forcës statike të fërkimit (f s ):
f s = μ s N = μ s w = μ s mg = (0,4)(m)(10)
f s = 4 m
Shporta e saktë do të lëvizë:
F = f s
30 = 4 m
m = 30/4
m = 7,5 kg
Masa e bananes 4 kg + masa e topit 3,5 kg = 7,5 kg
Objektet që duhen futur në shportë janë bananet dhe topat.
2. Pyetja nr. 5 e Provimit Kombëtar të Fizikës SMA/MA 2014/2015
Objektet A me një masë prej 6 kg dhe B me një masë prej 4 kg janë të lidhura me një litar dhe tërhiqen me një forcë F = 60 N siç tregohet në figurën e mëposhtme.
Nëse sistemi është në lëvizje dhe koeficienti i fërkimit kinetik midis sipërfaqes së dyshemesë dhe dy objekteve është 0,5 (tg θ = 3/4), dhe g = 10 ms -2 , atëherë madhësia e forcës së tensionit në litarin T që lidh dy objektet është….
A. 28,8 N
B. 30,0 N
C. 39,6 N
D. 48,0 N
E. 50,0 N
Diskutim
Dihet që:
Masa e objektit A (m A ) = 6 kg
Masa e objektit B (m4B ) = 2 kg
Forca e tërheqjes (F) = 60 Njuton
Koeficienti i fërkimit kinetik midis objektit dhe dyshemesë (μ k ) = 0,5
Përshpejtimi për shkak të gravitetit (g) = 10 m/ s²
Tangjenta θ = 3/4
Pyetje: Sa i madh është tensioni në litarin T?
Përgjigje:
Komponenti horizontal i forcës F:
Fx = Fcos θ
Fx = (60)(4/5) = (4)(12) = 48 N
Komponenti vertikal i forcës F:
F y = F sin θ
Fy = (60)(3/5) = (3)(12) = 36 N
Forca normale e objektit A:
N A = w A = m A g = (6)(10) = 60 N
Forca normale e objektit 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
Forca kinetike e fërkimit midis objektit A dhe dyshemesë:
f kA = μ k N A = (0,5)(60) = 30 N
Forca kinetike e fërkimit midis objektit B dhe dyshemesë:
f kB = μ k N B = (0,5)(4) = 2 N
Llogaritni nxitimin e të dy objekteve:
ΣF = ma
F x – T + T – f kB – f kA = (m A + m B ) a
Forca e tensionit në fijen T ka të njëjtën madhësi përgjatë gjatësisë së fijes dhe ka drejtim të kundërt, kështu që eliminohet nga ekuacioni.
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
Llogaritni forcën e tensionit të litarit T:
Merrni në konsideratë objektin A. Forcat që veprojnë mbi objektin A në drejtimin horizontal (horizontal) janë forca e tensionit të litarit (T) e cila drejtohet djathtas dhe forca kinetike e fërkimit (f kA ) e cila drejtohet majtas.
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
Merrni në konsideratë objektin B. Forcat që veprojnë mbi objektin B në drejtimin horizontal (horizontal) janë forca Fx e cila drejtohet djathtas, forca kinetike e fërkimit (f kB ) dhe forca e tensionit të litarit (T) e cila drejtohet majtas.
ΣF = ma
Fx – f kB – T B = m B a
48 – 2 – T B = (4)(1,6)
46 – T B = 6,4
46 – 6,4 = T B
TB = 39,6 N
Pra, forca e tensionit në litar që vepron mbi objektin A (TA ) = forca e tensionit në litar që vepron mbi objektin B (TB ) = 39,6 N.
Përgjigja e saktë është C.
3. Pyetja nr. 5 e provimit kombëtar të fizikës SMA/MA 2014/2015
Shikoni foton e mëposhtme!
Për shkak të forcës F, sistemi i objekteve lëviz. Nëse dyshemeja është e ashpër dhe koeficienti i fërkimit kinetik midis dy blloqeve dhe dyshemesë është 0,2, cili është nxitimi që përjetojnë dy objektet? (cos 37o = 0,8 , sin 37o = 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
Diskutim
Dihet që:
Masa e objektit A (m A ) = 4 kg
Masa e objektit B (m2B ) = 2 kg
Forca e tërheqjes (F) = 30 Njuton
Koeficienti i fërkimit kinetik midis objektit dhe dyshemesë (μ k ) = 0,2
Përshpejtimi për shkak të gravitetit (g) = 10 m/ s²
cos 37 o = 0,8
sin 37 o = 0,6
Pyetje: Çfarë nxitimi përjetojnë dy objektet?
Përgjigje:
Komponenti horizontal i forcës F:
Fx = Fcos θ
Fx = (30)(0,8) = 24 N
Komponenti vertikal i forcës F:
F y = F sin θ
Fy = (30)(0,6) = 18 N
Forca normale e objektit A:
N A = w A = m A g = (4)(10) = 40 N
Forca normale e objektit 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
Forca kinetike e fërkimit midis objektit A dhe dyshemesë:
f kA = μ k N A = (0,2)(40) = 8 N
Forca kinetike e fërkimit midis objektit B dhe dyshemesë:
f kB = μ k N B = (0,2)(2) = 0,4 N
Llogaritni nxitimin e të dy objekteve:
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
Përgjigja e saktë është A.
