Mfano wa maswali ya nguvu ya msuguano

Mifano 6 ya Maswali ya Nguvu ya Msuguano

1. Kipande chenye uzito wa kilo 1 kiko kwenye sehemu tambarare iliyopasuka. Mgawo wa msuguano tuli ni 0,4 na kasi inayotokana na uvutano ni 10 m/s.²Tambua (a) ukubwa wa nguvu ya msuguano tuli (b) nguvu ya chini kabisa ya mvutano F ili kizuizi kianze kusogea!
Majadiliano
Inajulikana :
Aliuliza :
(a) Ukubwa wa nguvu ya msuguano tuli (b) Ukubwa wa nguvu ya chini kabisa ya mvutano (F)
Jawab :
(A) Ukubwa wa nguvu ya msuguano tuli (f_s)
(B) Nguvu ya chini kabisa ya mvutano (F)
Ikiwa kitu kimevutwa kwa nguvu F lakini kitu bado kimetulia, basi msuguano tuli unafanya kazi kwenye kitu hicho. Ikiwa kitu kimevutwa kwa nguvu F na kitu tayari kinasonga, basi msuguano wa kinetiki unafanya kazi kwenye kitu hicho. Msuguano tuli huzuia mwendo wa kitu hicho na kama inavyoonyeshwa kwenye picha, mwelekeo wa msuguano tuli ni kinyume na mwelekeo wa nguvu ya mvutano (F). Wakati nguvu ya mvutano (F) ina ukubwa sawa na nguvu ya msuguano tuli, basi kitu kitasonga (kitu hicho kinabaki kimetulia). Kitu huanza kusonga wakati nguvu ya mvutano ni kubwa kuliko nguvu ya msuguano tuli.
Kwa hivyo nguvu ya chini kabisa ya mvutano (F) kwa block kuanza kusonga ni Newton 4.

2. Kizuizi chenye uzito wa kilo 1 kinachowekwa kwenye uso tambarare mbaya huvutwa kwa nguvu F kwa njia ambayo kizuizi husogea katika mstari ulionyooka kwa kasi isiyobadilika. Ikiwa mgawo wa msuguano wa kinetiki ni 0,1. Tambua ukubwa wa nguvu ya kuvuta F! (g = 10 m/s²)  
Majadiliano
Inajulikana :
Aliuliza : F
Jawab :
Kizuizi kinachosogea katika mstari ulionyooka kwa kasi isiyobadilika = kizuizi kinachosogea kwa kasi isiyobadilika = kizuizi kinachosogea bila kuongeza kasi. Sheria ya Kwanza ya Newton inasema kwamba ikiwa nguvu inayotokana inatenda kwenye kitu = 0 basi kitu hicho kiko katika hali ya utulivu au kinasonga kwa kasi isiyobadilika.
Kizuizi husogea kwa kasi isiyobadilika, kwa hivyo nguvu inayotokana inayofanya kazi kwenye kizuizi = 0. Ili nguvu inayotokana iwe = 0, pamoja na nguvu ya kuvuta F kulia, lazima kuwe na nguvu ambayo ina ukubwa sawa na F lakini imeelekezwa kushoto. Nguvu inayohusika ni nguvu ya msuguano wa kinetiki, nguvu ya msuguano wa kinetiki inayofanya kazi kwenye kizuizi wakati kitu kinasonga. Kihisabati:
Kwa sababu kitu husogea katika mstari ulionyooka kwa kasi isiyobadilika, ukubwa wa nguvu ya kuvuta F = f_s = 1 Newton

3. Sanduku lenye uzito wa kilo 1 linateleza chini kwa kasi isiyobadilika kwenye ndege yenye mwelekeo mbaya. Tambua mgawo wa msuguano wa kinetiki… (g = 10 m/s²)
Majadiliano

Maelezo mafupi:
w = mvuto, w_x = sehemu ya mvuto sambamba na uso wa ndege iliyoinama, w_y = sehemu ya nguvu ya uvutano iliyo sawa na ndege iliyoinama, N = nguvu ya kawaida, f_k = nguvu ya msuguano wa kinetiki.

Jawab :
Sanduku huteleza chini kwa kasi isiyobadilika, kwa hivyo nguvu inayotokana = 0. Sanduku husogea kwenye uso wa ndege ulioegemea, ambapo kwenye uso wa ndege ulioegemea kuna nguvu w_x na f_kNguvu hizi mbili zina ukubwa sawa lakini zina mwelekeo tofauti kwa hivyo nguvu inayotokana = 0.

[Kiingereza: Nguvu ya msuguano tuli na kinetiki - matatizo na suluhisho ]

4. Ikiwa uzito wa kitu ni kilo 4, pembe ya mwelekeo ni 30^o na kuongeza kasi ya mvuto ya 10 ms^-2 Kitu bado kitateleza. Thamani ya juu zaidi ya mgawo wa msuguano kati ya kitu na ndege iliyoelekezwa ni…
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
m = kilo 4, g = 10 m/s²
Aliuliza: mgawo wa juu zaidi wa msuguano?
Jibu:
Mgawo wa msuguano tuli ni mkubwa kuliko mgawo wa msuguano wa kinetiki, kwa hivyo kinachomaanishwa na mgawo wa msuguano wa juu ni mgawo wa msuguano tuli wa juu zaidi.
Vitu havisogei katika mwelekeo wima:
Badilisha f_s katika mlinganyo wa 1 na f_s katika mlinganyo wa 2.
5. Ikiwa kitu kitawekwa kwenye uso mgumu kisha kuvutwa kwa nguvu, nguvu inayopingana inayoitwa msuguano itatokea. Ukubwa wa nguvu hii ya msuguano unategemea...
A. ukali wa uso wa msuguano
B. ukubwa wa nguvu ya kawaida
C. ukali wa nyuso za msuguano na ukubwa wa nguvu ya kawaida
D. uzito wa kitu kinachovutwa
E. ukubwa wa nguvu inayovutia kitu
Majadiliano
Msuguano tuli hufanya kazi wakati kitu kinavutwa lakini bado hakisogei. Msuguano wa kinetiki hufanya kazi wakati kitu kinasogea.
Ikiwa kitu kiko kwenye ndege tambarare basi N = w = mg
Ikiwa kitu kiko kwenye ndege iliyoinama basi N = w_y = w cos theta (tazama mfano wa tatizo 1)
Maelezo: f_s = nguvu ya msuguano tuli, f_k = nguvu ya msuguano wa kinetiki, N = nguvu ya kawaida, w = mvuto = uzito wa kitu, g = kuongeza kasi kutokana na mvuto.
Ikiwa tatizo linarejelea uso tambarare uliochakaa, basi ukubwa wa nguvu ya msuguano hutegemea ukali wa uso (mgawo wa msuguano) na nguvu ya kawaida (N).
Jibu sahihi ni C.

6. Ukubwa wa nguvu ya msuguano kwenye kitu kinachosogea kwenye ndege iliyoinama inategemea...
A. uzito wa kitu na kasi ya kitu
B. pembe ya mwelekeo wa ndege kuelekea ndege mlalo na kasi ya kitu
C. nguvu ya kawaida na ukali wa uso wa kitu
D. uzito wa kitu na pembe ya mwelekeo wa ndege kwenye ndege ya mlalo
E. Ukali wa uso wa ndege na kasi ya kitu
Majadiliano
Fomula ya nguvu ya juu zaidi ya msuguano tuli kwenye ndege iliyoelekezwa:
Jibu sahihi ni C.
Wakati mgawo wa msuguano unategemea tu pembe ya mwelekeo wa mlalo (theta).