1. มีคนอยู่ในลิฟต์ที่กำลังเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วคงที่น้ำหนักของคนนั้นคือ 800 นิวตัน ทันใดนั้นเชือกของลิฟต์ก็ขาด ทำให้ลิฟต์ตกลงมา จงหาแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่พื้นลิฟต์กระทำต่อคนนั้นก่อนและหลังเชือกของลิฟต์ขาด
ก. 800 นิวตัน และ 0
B. 800 N และ 800 N
C. 1600 N และ 0
ง. 1600 เหนือ และ 800 เหนือ
เป็นที่รู้จัก :
น้ำหนัก (w) = 800 นิวตัน
ต้องการทราบ:แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N)
วิธีการแก้ปัญหา:
ก่อนที่เชือกของลิฟต์จะขาด
เมื่อบุคคลยืนอยู่บนพื้นลิฟต์ น้ำหนักจะกระทำต่อบุคคลนั้นในทิศทางลง เนื่องจากบุคคลนั้นอยู่นิ่ง จึงต้องมีแรงปฏิกิริยาตั้งฉากกระทำต่อบุคคลนั้น โดยที่ทิศทางของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากคือขึ้น และขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากมีค่าเท่ากับขนาดของน้ำหนัก
เนื่องจากผู้โดยสารอยู่ในท่าหยุดนิ่งภายในลิฟต์ และลิฟต์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ (ไม่มี) การเร่งความเร็วดังนั้นจึงไม่มีแรงสุทธิใดๆ มากระทำต่อบุคคลนั้น
∑F = 0
N – w = 0
เอ็น = ว
เอ็น = 800 นิวตัน
หลังจากเชือกของลิฟต์ขาด
หลังจากเชือกของลิฟต์ขาด ลิฟต์และคนจะตกลงมาด้วยกันอย่างอิสระ โดยขนาดและทิศทางของความเร่งของทั้งสองจะเหมือนกับความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง และไม่มีแรงปฏิกิริยาตั้งฉากกระทำต่อคน
คำตอบที่ถูกต้องคือ ก.
2. วัตถุมวล 20 กรัม เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่บนพื้นราบขรุขระ หากมีแรงภายนอกขนาด 2 นิวตันกระทำต่อวัตถุ จงหาขนาดของแรงเสียดทานที่วัตถุได้รับ
ก. 0.3 เอ็น
บี. 1.4 เอ็น
ซี. 2.0 เอ็น
ง. 3.6 เอ็น
เป็นที่รู้จัก :
มวล (m) = 20 กรัม
แรง (F) = 2 นิวตัน
ต้องการทราบขนาดของแรงเสียดทานที่กระทำต่อบล็อก
วิธีการแก้ปัญหา:
ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อแรกของนิวตัน ถ้าวัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ วัตถุนั้นจะไม่มีความเร่ง วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่และไม่มีความเร่งก็ต่อเมื่อ:
– ขนาดของแรงเสียดทาน (Ffric ) เท่ากับขนาดของแรงภายนอก (F)
– แรงเสียดทาน ( Ffric ) มีทิศทางตรงข้ามกับแรงภายนอก (F)
ใช้กฎการเคลื่อนที่ข้อแรกของนิวตัน:
∑ F = 0
F – F fric = 0
F = F fric
F fric = 2 นิวตัน
คำตอบที่ถูกต้องคือ C.
3. พื้นเอียงเรียบ มีความยาว 0.6 เมตร และความสูง 0.4 เมตร ก้อนวัตถุที่มีน้ำหนัก 1350 นิวตัน จะเคลื่อนที่ขึ้นไปบนพื้นเอียง จงหาขนาดของแรงที่ต้องใช้ในการเคลื่อนก้อนวัตถุนั้น
ก. 100 เอ็น
บี. 300 เอ็น
ซี. 600 เอ็น
ง. 900 เอ็น
เป็นที่รู้จัก :
น้ำหนักของบล็อก (w) = 1350 นิวตัน
hyp = 0.6 ม.
ตรงข้าม = 0.4 ม.
ต้องการ:แรงขั้นต่ำ
วิธีการแก้ปัญหา:
hyp = ac = 0.6 ม.
opp = bc = 0.4 ม.
บาป θ = bc / ac = 0.4 / 0.6 = 4/6 = 2/3
ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อแรกของนิวตัน หากบล็อกเริ่มเคลื่อนที่ขึ้น แรงภายนอก (F) จะมีค่าอย่างน้อยเท่ากับส่วนประกอบแนวนอนของน้ำหนัก (w x )
∑ F = 0
F – w x = 0
F = w x
ถ้า F = w xแสดงว่าวัตถุเริ่มเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วคงที่
w x = w sin θ = (1350)(2/3) = (2)(450) = 900 นิวตัน
คำตอบที่ถูกต้องคือ ข้อ D.
4. มีแรงสามแรงกระทำต่อบล็อกหนึ่ง คือ F 1 = 22 N, F 2 = 18 N และ F 3 = 40 N รูปใดที่แสดงถึงกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน
วิธีการแก้ปัญหา:
กฎข้อแรกของนิวตัน: แรงลัพธ์ (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 (ไปทางขวา)
C. F 2 + F 3 – F 1 = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (ไปทางขวา)
D. F 1 + F 3 – F 2 = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (ไปทางซ้าย)
