สูตรกฎของนิวตัน

ตัวอย่างคำถามและสูตรสำหรับกฎของนิวตัน

กฎข้อแรกของนิวตัน

1. มีคนอยู่ในลิฟต์ที่กำลังเคลื่อนที่ขึ้นด้วยความเร็วคงที่ คนนั้นหนัก 800 นิวตัน ทันใดนั้นเชือกเหล็กที่ดึงลิฟต์ก็ขาด ทำให้ลิฟต์ตกลงมา แรงปกติ จากพื้นลิฟต์ถึงคนที่อยู่ก่อนและหลังสายเคเบิลเหล็กขาดคือ….

1. 800 N และ 0
2. 800 องศาเหนือ และ 800 องศาเหนือ
3. 1600 N และ 0
4. 1600 องศาเหนือ และ 800 องศาเหนือ

การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
น้ำหนัก (w) = 800 นิวตัน
คำถาม: แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) ที่กระทำต่อบุคคลนั้นทันทีก่อนและหลังเชือกเหล็กขาดคือเท่าใด
คำตอบ :
เพียงไม่กี่วินาทีก่อนที่เชือกเหล็กจะขาด
เมื่อบุคคลยืนอยู่บนพื้นลิฟต์ แรงโน้มถ่วงจะกระทำต่อบุคคลนั้น โดยมีทิศทางลง (โปรดสังเกตภาพประกอบด้านล่าง) บุคคลนั้นอยู่นิ่งในลิฟต์ ดังนั้นจึงต้องมีแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่สมดุลกับน้ำหนักของบุคคลนั้น โดยแรงปฏิกิริยาตั้งฉากนี้มีทิศทางขึ้นและมีขนาดเท่ากับแรงโน้มถ่วง แรงปฏิกิริยาตั้งฉากนี้คือแรงที่พื้นกระทำต่อบุคคลนั้น
เนื่องจากบุคคลนั้นอยู่นิ่งในลิฟต์และลิฟต์เคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ (ไม่มีความเร่ง) ดังนั้นแรงลัพธ์ที่กระทำต่อบุคคลนั้นจึงเป็นศูนย์
∑F = 0
N – w = 0
เอ็น = ว
เอ็น = 800 นิวตัน

หลังจากเชือกเหล็กขาด
หลังจากสายเคเบิลเหล็กขาด ลิฟต์และคนจะตกลงมาด้วยกันอย่างอิสระ โดยขนาดและทิศทางของความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงของลิฟต์และคนจะเท่ากับความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงบนโลก ลิฟต์และคนตกลงมาด้วยกันอย่างอิสระโดยไม่มีแรงปฏิกิริยาจากพื้นลิฟต์กระทำต่อคน คนกำลังตกลงมาและเท้าของคนไม่สามารถกดลงบนพื้นลิฟต์ได้เพราะลิฟต์ก็กำลังตกลงมาด้วย
คำตอบที่ถูกต้องคือ A.

2. แรงสามแรง แต่ละแรงมีขนาดเท่ากับ F₁ = 22 N, F₂ = 18 N และ F₃ = แรง 40 N ถูกกระทำต่อบล็อกไม้ แรงที่กระทำต่อบล็อกซึ่งเป็นไปตามกฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน แสดงอยู่ในรูป...

การอภิปราย

กฎข้อแรกของนิวตัน: แรงลัพธ์ (ΣF) = 0

เอ.เอฟ₁ + F₂ - ฉ₃ = 22 N + 18 N – 40 N = 40 N – 40 N = 0

บี.เอฟ₂ + F₃ - ฉ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (ไปทางขวา)

ซี.เอฟ₂ + F₃ - ฉ₁ = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (ไปทางขวา)

ดี.เอฟ.₁ + F₃ - ฉ₂ = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (ไปทางซ้าย)

คำตอบที่ถูกต้องคือ A.

กฎข้อที่สองของนิวตัน

3.
ดูรูปสิ!
วัตถุหนัก 40 กิโลกรัมถูกดึงด้วยแรง 200 นิวตัน ส่งผลให้เกิดความเร่ง 3 เมตร/วินาที²² ดังนั้นขนาดของแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นบนวัตถุ/บล็อกนั้นคือ...

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

การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
มวล (ม.) = 40 กก.
แรง (F) = 200 นิวตัน
ความเร่ง (a) = 3 ม./วินาที²²
คำถาม: ขนาดของแรงเสียดทาน (F) มีค่าเท่าใด_g)
คำตอบ :
สูตรกฎข้อที่สองของนิวตัน:
∑F = ma
คำอธิบาย: ∑F = แรงลัพธ์, m = มวล, a = ความเร่ง

ทิศทางของแรง F อยู่ทางขวา ในขณะที่ทิศทางของแรงเสียดทานอยู่ทางซ้าย (ทิศทางของแรงเสียดทานตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุ) จึงกำหนดให้ทิศทางไปทางขวาเป็นค่าบวก และทิศทางไปทางซ้ายเป็นค่าลบ
∑F = ma
เอฟ – เอฟ_g = มา
200 – เอฟ_g = (40)(3)
200 – เอฟ_g = 120
F_g = 200 - 120
F_g = 80 นิวตัน
คำตอบที่ถูกต้องคือ D.

4. บล็อก A มวล 100 กรัม วางอยู่บนบล็อก B มวล 300 กรัม จากนั้นบล็อก B ถูกผลักขึ้นในแนวตั้งด้วยแรง 5 นิวตัน ถ้าบล็อกทั้งสองไม่เคลื่อนที่เข้าหากัน ขนาดของแรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่บล็อก B กระทำต่อบล็อก A คือ…

1. ยังไม่มีข้อความที่ 1
2. ยังไม่มีข้อความที่ 1,25
3. ยังไม่มีข้อความที่ 2
4. ยังไม่มีข้อความที่ 3

การอภิปราย
เป็นที่ทราบกันว่า:
แรงผลัก (F) = 5 นิวตัน
มวลของบล็อก A (ม.)_A) = 100 กรัม = 0,1 กิโลกรัม
มวลของบล็อก B (ม.)_B) = 300 กรัม = 0,3 กิโลกรัม
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/s²²
น้ำหนักของบล็อก A (w_A) = (0,1 กก.)(10 ม./วินาที)²) = 1 กก. ม./วินาที² = 1 นิวตัน
น้ำหนักของบล็อก B (w_B) = (0,3 กก.)(10 ม./วินาที)²) = 3 กก. ม./วินาที² = 3 นิวตัน

คำถาม: แรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่บล็อก B กระทำต่อบล็อก A
คำตอบ :
มีแรงหลายแรงกระทำต่อบล็อกทั้งสอง ดังแสดงในรูปด้านล่าง
F = แรงผลัก (กระทำต่อบล็อก B)
w_A = แรงโน้มถ่วงของบล็อก A (ที่กระทำต่อบล็อก A)
w_B = น้ำหนักของบล็อก B (ที่กระทำต่อบล็อก B)
N_A = แรงปฏิกิริยาปกติที่บล็อก B กระทำต่อบล็อก A (กระทำต่อบล็อก A)
N_A' = แรงปฏิกิริยาปกติที่บล็อก A กระทำต่อบล็อก B (กระทำต่อบล็อก B)

พิจารณาทั้งสองส่วนเป็นระบบเดียวกัน:
นำกฎข้อที่สองของนิวตันมาใช้กับบล็อกทั้งสอง:
∑F = ma
เอฟ – ดับเบิลยู_A - ว_B + N_A - น_A' = (ม_A + ม_B)
N_A และ N_A' คือแรงปฏิกิริยาที่มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงข้าม ดังนั้นจึงถูกตัดออกจากสมการ
เอฟ – ดับเบิลยู_A - ว_B = (ม._A + ม_B)
5 – 1 – 3 = (0,1 + 0,3) ก
5 – 4 = (0,4) a
1 = (0,4) ก
a = 1 / 0,4
a = 2,5 ม./วินาที²
แรง (F) ขนาด 5 นิวตันที่กระทำในแนวตั้งขึ้นบนบล็อกทั้งสอง ทำให้บล็อกทั้งสองเคลื่อนที่ขึ้นในแนวตั้งด้วยความเร่ง 2,5 เมตร/วินาที²².

พิจารณาบล็อก A:
ใช้กฎข้อที่สองของนิวตันกับบล็อก A:
∑F = ma
N_A - ว_A = ม_A a
N_A – 1 = (0,1)(2,5)
N_A - 1 = 0,25
N_A = 1 + 0,25
N_A = 1,25 นิวตัน
แรงปฏิกิริยาตั้งฉากที่บล็อก B กระทำต่อบล็อก A คือ 1,25 นิวตัน
คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

กฎข้อที่สามของนิวตัน

5. โปรดให้ความสนใจกับข้อความต่อไปนี้!

(1) ผู้โดยสารถูกผลักไปข้างหน้าเมื่อรถบัสซึ่งกำลังเคลื่อนที่อย่างมั่นคงเบรกกะทันหัน

(2) กองหนังสือบนกระดาษแข็งจะไม่ล้มเมื่อดึงกระดาษแข็งอย่างรวดเร็ว

(3) เมื่อเล่นสเก็ตบอร์ด เมื่อเท้าข้างที่ว่างดันพื้นไปข้างหลัง สเก็ตบอร์ดจะเลื่อนไปข้างหน้า

(4) เมื่อพายเรือถอยหลัง เรือก็จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

ข้อความข้างต้นที่สอดคล้องกับกฎข้อที่สามของนิวตันคือ...

ก. (1) และ (2)

B. (1) และ (3)

C. (2) และ (3)

ง. (3) และ (4)

การอภิปราย

(1) กฎข้อแรกของนิวตัน

(2) กฎข้อแรกของนิวตัน

(3) กฎข้อที่สามของนิวตัน

(4) กฎข้อที่สามของนิวตัน

คำตอบที่ถูกต้องคือ D.

ที่มาของคำถาม:

ข้อสอบวิชาวิทยาศาสตร์ระดับมัธยมต้น/มัธยมต้นอิสลาม

คำถามวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมต้นจาก OSN