Fomula ya Sheria ya Newton

Mifano ya maswali na fomula za sheria za Newton

Sheria ya Kwanza ya Newton

1. Mtu yuko kwenye lifti inayosonga kwa kasi isiyobadilika kuelekea juu. Uzito wa mtu huyo ni 800 N. Ghafla kebo ya chuma inayovuta lifti huvunjika, na kusababisha lifti kuanguka. Nguvu ya kawaida kutoka sakafu ya lifti juu ya mtu huyo mara tu kabla na baada ya kebo ya chuma kuvunjika ni….

1. 800 N na 0
2. 800 N na 800 N
3. 1600 N na 0
4. 1600 N na 800 N

Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Uzito (w) = 800 Newton
Swali: Nguvu ya kawaida (N) inayomtenda mtu huyo mara moja kabla na baada ya kamba ya chuma kukatika
Jibu:
Muda mfupi kabla ya kamba ya chuma kukatika
Mtu anaposimama kwenye sakafu ya lifti, nguvu ya uvutano humtendea mtu huyo na mwelekeo wa nguvu hushuka chini (tazama mfano ulio hapa chini). Mtu huyo amesimama kwenye lifti kwa hivyo lazima kuwe na nguvu ya kawaida inayosawazisha uzito wa mtu huyo, ambapo nguvu hii ina mwelekeo wa juu na ni sawa na ukubwa wa uvutano. Nguvu ya kawaida ambayo sakafu hutoa kwa mtu huyo na nguvu hii humtendea mtu huyo.
Kwa sababu mtu huyo amesimama kwenye lifti na lifti inasonga kwa kasi isiyobadilika (hakuna kuongeza kasi), nguvu inayotokana na mtu huyo ni sifuri.
∑F = 0
N – w = 0
N = w
N = 800 Newton

Baada ya kamba ya chuma kukatika
Baada ya kebo ya chuma kuvunjika, lifti na mtu huanguka pamoja kwa uhuru, ambapo ukubwa na mwelekeo wa kasi ya kuanguka kwa lifti na mtu ni sawa na kasi ya uvutano Duniani. Lifti na mtu huanguka pamoja kwa uhuru ili kusiwe na nguvu ya kawaida inayotolewa na sakafu ya lifti juu ya mtu huyo. Mtu huyo anaanguka na miguu ya mtu huyo haiwezi kusukuma sakafu ya lifti kwa sababu lifti pia inaanguka.
Jibu sahihi ni A.

2. Nguvu tatu, kila moja ikiwa na ukubwa F1 ₌ 22 N, F2 ₌ 18 N, na F3 ₌ 40 N, zinatumika kwenye kitalu cha mbao. Nguvu zinazofanya kazi kwenye kitalu, ambazo zinatii sheria ya kwanza ya Newton, zinaonyeshwa kwenye mchoro...

Majadiliano

Sheria ya Kwanza ya Newton: Nguvu ya matokeo ( ΣF) = 0.

A. F ₁ + F ₂ – F ₃ = 22 N + 18 N – 40 N = 40 N – 40 N = 0

B. F ₂ + F ₃ – F ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (kulia)

C. F ₂ + F ₃ – F ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (kulia)

D. F ₁ + F ₃ – F ₂ = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (kushoto)

Jibu sahihi ni A.

Sheria ya Pili ya Newton

3.
Angalia picha!
Kizuizi cha kilo 40 huvutwa kwa nguvu ya 200 N, na kusababisha kasi ya 3 m/s² Kwa hivyo ukubwa wa nguvu ya msuguano inayotokea kwenye kitu/kizuizi ni...

1. 15 N
2. 40 N
3. 43 N
4. 80 N

Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Uzito (m) = kilo 40
Nguvu (F) = 200 N
Kuongeza kasi (a) = 3 m/s²
Swali: Ukubwa wa nguvu ya msuguano (F)_g)
Jibu:
Fomula ya sheria ya pili ya Newton:
∑F = ma
Maelezo: ∑F = nguvu inayotokana, m = uzito, a = kuongeza kasi

Mwelekeo wa nguvu F uko kulia huku mwelekeo wa msuguano uko kushoto (mwelekeo wa msuguano uko kinyume na mwelekeo wa mwendo wa kitu). Mwelekeo wa kulia huchaguliwa kama chanya na mwelekeo wa kushoto huchaguliwa kama hasi.
∑F = ma
F – F_g = mama
200 – F_g = (40)(3)
200 – F_g = 120
F_g = 200 - 120
F_g = 80 Newton
Jibu sahihi ni D.

4. Kitalu A chenye uzito wa gramu 100 huwekwa juu ya kitalu B chenye uzito wa gramu 300, kisha kitalu B husukumwa kwa nguvu ya 5 N wima kwenda juu. Ikiwa vitalu havisogei, basi ukubwa wa nguvu ya kawaida kwa kitalu B kwenye kitalu A ni….

1. 1 N
2. 1,25 N
3. 2 N
4. 3 N

Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Nguvu ya msukumo (F) = 5 Newton
Uzito wa kitalu A (m_A) = gramu 100 = kilo 0,1
Uzito wa kitalu B (m_B) = gramu 300 = kilo 0,3
Kuongeza kasi kutokana na mvuto (g) = 10 m/s²
Uzito wa block A (w)_A) = (kilo 0,1)(10 m/s²) = kilo 1 m/s² = 1 Newton
Uzito wa block B (w)_B) = (kilo 0,3)(10 m/s²) = kilo 3 m/s² = 3 Newton

Swali: Nguvu ya kawaida kwa block B kwenye block A
Jibu:
Kuna nguvu kadhaa zinazofanya kazi kwenye vitalu vyote viwili, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini.
F = nguvu ya kusukuma (inayofanya kazi kwenye kizuizi B)
w_A = nguvu ya uvutano wa kitalu A (kinachofanya kazi kwenye kitalu A)
w_B = uzito wa kitalu B (kinachofanya kazi kwenye kitalu B)
N_A = nguvu ya kawaida kwa kizuizi B kwenye kizuizi A (kikitenda kwenye kizuizi A)
N_A' = nguvu ya kawaida kwa kizuizi A kwenye kizuizi B (kinafanya kazi kwenye kizuizi B)

Fikiria vitalu vyote viwili kama mfumo mmoja:
Tumia sheria ya pili ya Newton kwenye vitalu vyote viwili:
∑F = ma
F – w_A - w_B +N_A - N_A' = (m_A +m_B)
N_A na N_A' ni nguvu ya mmenyuko-kitendo ambayo ina ukubwa sawa lakini mwelekeo kinyume hivyo huondolewa kwenye mlinganyo.
F – w_A - w_B = (m_A +m_B)
5 – 1 – 3 = (0,1 + 0,3) a
5 – 4 = (0,4) a
1 = (0,4) a
a = 1 / 0,4
a = 2,5 m/s²
Uwepo wa nguvu (F) ya Newton 5 zinazofanya kazi kwa wima juu kwenye vitalu vyote viwili husababisha vitalu vyote viwili kusogea juu kwa wima kwa kasi ya 2,5 m/s.².

Fikiria kizuizi A:
Tumia sheria ya pili ya Newton kuzuia A:
∑F = ma
N_A - w_A = m_A a
N_A – 1 = (0,1)(2,5)
N_A - 1 = 0,25
N_A = 1 + 0,25
N_A = 1,25 Newton
Nguvu ya kawaida kwa block B kwenye block A ni 1,25 Newton.
Jibu sahihi ni B.

Sheria ya Tatu ya Newton

5. Zingatia kauli ifuatayo!

(1) Abiria walisukumwa mbele wakati basi, ambalo lilikuwa likiendelea kwa kasi, ghafla lilipogonga breki kwa nguvu.

(2) Rundo la vitabu juu ya kadibodi halitaanguka kadibodi inapovutwa haraka.

(3) Unapocheza skateboard, mguu huru unaposukuma ardhi nyuma, skateboard itateleza mbele.

(4) Kasia ya mashua inasukumwa nyuma, mashua inasonga mbele.

Taarifa iliyo hapo juu ambayo inalingana na sheria ya tatu ya Newton ni...

A. (1) na (2)

B. (1) na (3)

C. (2) na (3)

D. (3) na (4)

Majadiliano

(1) Sheria ya kwanza ya Newton

(2) Sheria ya kwanza ya Newton

(3) Sheria ya tatu ya Newton

(4) Sheria ya tatu ya Newton

Jibu sahihi ni D.

Chanzo cha swali:

Maswali ya Mtihani wa Kitaifa wa Sayansi ya Shule ya Upili ya Vijana/Shule ya Upili ya Kiislamu

Maswali ya OSN ya Fizikia ya Shule ya Upili ya Vijana