Newton's tweede rechtenaanvragen, experimenten en oefeningen

De Tweede wet van Newton o Fundamentele wet van de dynamiek stelt vast dat als een object onderworpen is aan een kracht of een reeks krachten die niet worden geannuleerd, het object zal versnellen in de richting van de resulterende kracht, die dat versnelling evenredig is aan de intensiteit van die netto kracht en omgekeerd evenredig met de massa van het object.

Ja F is de netto kracht, M De massa van het object en naar De versnelling die hij verwerft, dan zou de tweede wet van Newton wiskundig worden uitgedrukt: naar = F / M of op de meest gebruikelijke manier F = M∙naar

Verklaring van de tweede wet van Newton. Bron: zelf gemaakt.

[TOC]

Verklaring en formules

Zoals hierboven uitgelegd, is de gebruikelijke manier om de tweede wet uit te drukken met de formule:

F = M∙naar

Zowel versnelling als kracht moeten worden gemeten uit een traagheidsreferentiesysteem. Merk op dat de massa een positieve hoeveelheid is, dus de versnelling wijst in dezelfde richting als de resulterende kracht.

Merk ook op dat wanneer de resulterende kracht nietig is (F = 0) Dan zal de versnelling ook ongeldig zijn ( naar = 0 ) zo lang als M> 0. Dit resultaat is volledig overeengekomen met de eerste wet- of traagheidswet van Newton.

De eerste wet van Newton stelt traagheidsreferentiesystemen vast, zoals die welke bewegen met constante snelheid ten opzichte van een vrij deeltje. In de praktijk en voor het doel van de meest voorkomende toepassingen, zal een vast referentiesysteem naar de grond of een andere die met een constante snelheid beweegt, als traagheid beschouwd.

Kracht is de wiskundige uitdrukking van de interactie van het object met de omgeving. Kracht kan een constante hoeveelheid zijn of veranderen met de tijd, positie en snelheid van het object.

De eenheid in het International System (SI) voor kracht is de Newton (N). De massa in (SI) wordt gemeten in (kg) en versnelling in (m/s²)). Een Newton of Strength is de noodzakelijke kracht om een ​​object van 1 kg massa bij 1 m/s te versnellen² .

Opgeloste oefeningen

Oefening 1

Een object van massa M wordt vrijgegeven vanaf een bepaalde hoogte en een versnelling van de val van 9,8 m/s² wordt gemeten.

Hetzelfde geldt voor een nieuwe massa massa M 'en een andere van massa M "en een andere. Het resultaat is altijd de versnelling van de zwaartekracht die wordt aangegeven met G en 9,8 m/s² waard is. In deze experimenten is de vorm van het object en de waarde van zijn massa zodanig dat de kracht als gevolg van luchtweerstand te verwaarlozen is.

Kan u bedienen: calciumfluoride (CAF2): structuur, eigenschappen, gebruik

Er wordt gevraagd om een ​​model te vinden voor de terrestrische aantrekkingskracht (bekend als gewicht) dat consistent is met experimentele resultaten.

Oplossing

We kozen een traagheidsreferentiesysteem (vastgesteld ten opzichte van de vloer) met een positieve richting van de verticale X -as en omlaag.

De enige kracht die op het massaobject werkt M Het is de terrestrische aantrekkingskracht, die kracht wordt het gewicht genoemd P, Hoe het naar beneden wijst is positief.

De versnelling verkregen door het massaobject M Zodra het is vrijgegeven, is A = G , Tary Down and Positive.

We stellen de tweede wet van Newton voor

P = M A

Wat zal het P -model zijn, zodat de door de tweede wet voorspelde versnelling G -model is, ongeacht de waarde van M ? : Het enige alternatief is dat p = m g wanneer m> 0.

m g = m a Waar we wissen: A = G

We concluderen dat het gewicht, de kracht waarmee de aarde een object aantrekt, de massa van het object zal zijn vermenigvuldigd door de versnelling van de zwaartekracht en de richting ervan is verticaal en gericht.

P = m∙G

Oefening 2

Een massablok van 2 kg ligt op een volledig gladde en horizontale vloer. Als een 1 N -kracht wordt uitgeoefend dat versnelling het blok verwerft en welke snelheid na 1 s zal zijn.

Oplossing

Het eerste is om een ​​traagheidscoördinatensysteem te definiëren. Men is gekozen met de x -as op de vloer en de as en loodrecht erop. Vervolgens wordt een krachtdiagram gemaakt, waarbij de krachten worden geplaatst vanwege de interacties van het blok met zijn omgeving.

De kracht P vertegenwoordigt het gewicht, de kracht waarmee de planeet Aarde het blok van massa M aantrekt.

De kracht n vertegenwoordigt de normale, het is de opwaartse kracht die het oppervlak van de vloer op het blok m uitoefent. Het is bekend dat N exact in evenwicht is naar P omdat het blok niet in verticale richting beweegt.

F is de horizontale kracht die wordt uitgeoefend op blok M, die wijst in de positieve richting van de X -as.

De netto kracht is de som van alle krachten op het massa M -blok. De somvector van F, P en N is gemaakt. Aangezien P en N hetzelfde en tegenover zijn, annuleren ze elkaar, en de netto kracht is f.

Zodat de resulterende versnelling het quotiënt van de netto kracht tussen de massa zal zijn:

Kan u van dienst zijn: mechanisch voordeel: formule, vergelijkingen, berekening en voorbeelden

a = f / m = 1 n / 2 kg = 0,5 m / s²

Terwijl het blok begint bij de rest na 1S na 1s, is de snelheid van 0 m/s gewijzigd bij 0,5 m/s .

Newton's Second Law -aanvragen

De versnelling van een lift

Een jongen gebruikt een badkamer om zijn gewicht te meten. De waarde die je krijgt is 50 kg. Dan neemt de jongen het gewicht van de lift van zijn gebouw, omdat hij de versnelling van de lift -start wil meten. De verkregen resultaten wanneer het opstart zijn:

• De schaal registreert een gewicht van 58 kg voor 1,5 s
• Meet vervolgens opnieuw 50 kg.

Bereken met deze gegevens de versnelling van de lift en de snelheid die u verwerft.

Oplossing

De schaal meet het gewicht in een eenheid die wordt genoemd Kilogram_fuerza. Per definitie is de kilogram_fuerza de kracht waarmee de planeet Aarde een object van 1 kg massa aantrekt.

Wanneer de enige kracht die op het object werkt, het gewicht is, dan krijgt het een versnelling van 9,8 m/s². Dus 1 kg_f is gelijk aan 9.8 n.

Het gewicht P van de jongen is dan 50 kg*9.8m/s² = 490 n

Tijdens versnelling oefent de schaal een kracht uit N Op de 58 kg_f Boy equivalent aan 58 kg * 9,8 m/s² = 568.4 n.

De versnelling van de lift zal worden gegeven door:

A = n/m - g = 568.4 n / 50 kg - 9.8 m/s² = 1.57 m/s²

De snelheid verkregen door de lift na 1.5 s met 1 versnelling.57 m/s² is:

v = a * t = 1.57 m/s² * 1.5 s = 2.36 m/s = 8.5 km/h

De volgende figuur toont een schema van de krachten die op de jongen werken:

De mayonaise fles

Een kind geeft de fles van zijn broer door aan zijn broer, die aan de andere kant van de tafel is. Daarvoor drijft het zo op dat het een snelheid van 3 m/s verwerft. Omdat de fles wordt losgelaten totdat deze aan het andere uiteinde van de tafel stopt, was de route 1,5 m.

Bepaal de waarde van de wrijvingskracht die de tabel op de fles uitoefent, wetende dat deze een massa van 0,45 kg heeft.

Oplossing

Eerst zullen we de remversnelling bepalen. Hiervoor zullen we de volgende relatie gebruiken, al bekend bij de uniform versnelde rechtlijnige beweging:

Vf² = vi² + 2 * a * d

waar VF is de laatste snelheid, Zaag De eerste snelheid, naar versnelling en D De verplaatsing.

Kan u van dienst zijn: dynamische elektriciteit

De versnelling verkregen uit de vorige relatie is, waarbij de verplaatsing van de fles als positief is beschouwd.

A = (0 - 9 (m / s) ²) / (2*1.5 m) = -3 m/s²

De netto kracht op de mayonaisefles is de wrijvingskracht, omdat het normale en het gewicht van de fles in evenwicht is: fnet = koud.

Fr = m * a = 0.45 kg * (-3 m/s²) = -1.35 n = -0.14 kg-F

Kinderexperimenten

Kinderen en volwassenen kunnen ook eenvoudige ervaringen uitvoeren waarmee ze kunnen verifiëren dat de tweede wet van Newton echt in het echte leven werkt. Hier zijn twee interessant goed:

Experiment 1

Een eenvoudig experiment vereist een badkamer en lift. Neem een ​​badkamergewicht naar een lift en noteer de waarden die markeert tijdens de startende start, de laarsstart en tijdens de periode die beweegt op constante snelheid. Bereken de versnellingen van de lift die overeenkomt met elk geval.

Experiment 2

1. Neem een ​​speelgoedwagen met uw wielen goed gesmeerd
2. Houd een touw tot het uiterste.
3. Bevestig een potlood of ander cilindrisch en glad object aan de rand van de tafel.
4. Aan de andere kant van het touw hangt een kleine mand, waaraan het wat munten zal plaatsen of iets dat voor gewicht dient.

Het experimentschema wordt hieronder weergegeven:

• Laat de kar los en observeer hoe deze versnelt.
• Verhoog vervolgens de massa van de kar door munten erop te plaatsen, of iets dat de massa verhoogt.
• Zeg of de versnelling toeneemt of afneemt. Plaats meer deeg op de kar, observeer hoe het versnelt en concludeert.

Dan blijft de kar zonder extra gewicht en laat het versnellen. Dan wordt er meer gewicht op de mand geplaatst om de kracht op de kar te vergroten.

• Vergelijk de versnelling met het vorige geval, geef aan of deze toeneemt of afneemt. U kunt herhalen dat u meer gewicht aan de mand toevoegt en de versnelling van de winkelwagen observeren.
• Geef aan of het toeneemt of afneemt.
• Analyseer uw resultaten en zeg of ze het eens zijn met de tweede wet van Newton.

Interessante artikelen

Voorbeelden van de tweede wet van Newton.

Newton's eerste wet.

Voorbeelden van de tweede wet van Newton.

Referenties

1. Alonso m., Fin e. 19700000000000. Fysica Volume I: Mechanics. Inter -American Educational Fund s.NAAR. 156-163.
2. Hewitt, p. 2012. Conceptuele fysieke wetenschap. VIJFDE EDITIE. 41-46.
3. Jong, Hugh. 2015. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e ed. Pearson. 108-115.