a doua lege a lui Newton sau legea fundamentală a dinamicii stabilește că dacă un obiect este supus unei forțe sau unui set de forțe care nu se anulează, atunci obiectul va accelera în direcția forței rezultate, această accelerație fiind proporțională cu intensitatea acelei forțe nete și invers proporțională cu masa obiectului.
da F este forța netă, M masa obiectului și la accelerația pe care o dobândește, atunci a doua lege a lui Newton ar fi exprimată matematic astfel: la = F / M sau în modul cel mai obișnuit F = M∙la
Indice articol
După cum sa explicat mai sus, modul obișnuit de a exprima a doua lege este cu formula:
F = M∙la
Atât accelerația, cât și forța trebuie măsurate dintr-un cadru de referință inerțial. Rețineți că masa este o cantitate pozitivă, deci accelerația indică în aceeași direcție ca forța rezultată.
Rețineți, de asemenea, că atunci când forța rezultată este zero (F = 0) atunci accelerația va fi, de asemenea, zero ( la = 0 ) atâta timp cât M> 0. Acest rezultat este pe deplin de acord cu prima lege sau legea de inerție a lui Newton.
Prima lege a lui Newton stabilește sistemele de referință inerțiale ca fiind cele care se mișcă cu viteză constantă față de o particulă liberă. În practică și în scopul celor mai frecvente aplicații, un sistem de referință fixat la sol sau oricare altul care se deplasează cu o viteză constantă față de acesta, va fi considerat inerțial..
Forța este expresia matematică a interacțiunii obiectului cu mediul. Forța poate fi o cantitate constantă sau se poate modifica cu timpul, poziția și viteza obiectului..
Unitatea din Sistemul Internațional (SI) pentru forță este Newton (N). Masa din (SI) este măsurată în (kg) și accelerația în (m / sDouă). Un Newton al forței este forța necesară pentru a accelera un obiect de masă 1 kg la 1 m / sDouă .
Un obiect de masă m este eliberat de la o anumită înălțime și se măsoară o accelerație de cădere de 9,8 m / s².
Același lucru se întâmplă cu un alt obiect de masă m 'și altul de masă m "și altul și altul. Rezultatul este întotdeauna accelerația gravitației care este notată cu g și este egală cu 9,8 m / s². În aceste experimente forma obiectul și valoarea masei sale sunt astfel încât forța datorată rezistenței aerului este neglijabilă.
Se cere să se găsească un model pentru forța de atracție a pământului (cunoscută sub numele de greutate) care să fie în concordanță cu rezultatele experimentale..
Alegem un sistem de referință inerțial (fixat față de sol) cu o direcție pozitivă a axei X verticale și în jos.
Singura forță care acționează asupra obiectului de masă m este atracția pământului, acea forță se numește greutate P, modul în care arată în jos este pozitiv.
Accelerarea pe care o capătă obiectul de masă m odată eliberat este a = g , arătat în jos și pozitiv.
Propunem a doua lege a lui Newton
P = m a
Care va fi modelul lui P astfel încât accelerația prezisă de a doua lege să fie g indiferent de valoarea lui m? : Singura alternativă este aceea că P = m g ori de câte ori m> 0.
m g = m a de unde clarificăm: a = g
Concluzionăm că greutatea, forța cu care Pământul atrage un obiect va fi masa obiectului înmulțită cu accelerația gravitației și direcția sa este verticală și îndreptată în jos.
P = m∙g
Un bloc de 2 kg de masă se sprijină pe o podea complet plană și orizontală. Dacă i se aplică o forță de 1 N, care este accelerația blocului și ce viteză va avea după 1 s.
Primul lucru este să definim un sistem de coordonate inerțiale. Una a fost aleasă cu axa X pe podea și axa Y perpendiculară pe ea. Apoi se face o diagramă a forței, plasând forțele datorate interacțiunilor blocului cu mediul său.
Forța N reprezintă normalul, este forța verticală ascendentă pe care o exercită suprafața podelei asupra blocului M. Se știe că N echilibrează exact P deoarece blocul nu se mișcă în direcția verticală.
F este forța orizontală aplicată blocului M, îndreptată în direcția pozitivă a axei X..
Forța netă este suma tuturor forțelor de pe blocul de masă M. Facem suma vectorială a lui F, P și N. Deoarece P și N sunt egale și opuse, ele se anulează reciproc, iar forța netă este F.
Deci accelerația rezultată va fi coeficientul forței nete și al masei:
a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²
Pe măsură ce blocul începe din repaus după 1s, viteza sa se va schimba de la 0 m / s la 0,5 m / s .
Un băiat folosește un cântar de baie pentru a-și măsura greutatea. Valoarea pe care o obțineți este de 50 kg. Apoi băiatul duce greutatea la liftul clădirii sale, pentru că vrea să măsoare accelerația liftului. Rezultatele obținute la pornire sunt:
Cu aceste date, calculați accelerația liftului și viteza pe care o dobândește.
Cântarul măsoară greutatea într-o unitate numită kilogram_forță. Prin definiție, kilogram_forța este forța cu care planeta Pământ atrage un obiect de masă de 1 kg.
Când singura forță care acționează asupra obiectului este greutatea sa, atunci capătă o accelerație de 9,8 m / s². Deci 1 kg_f este egal cu 9,8 N.
Greutatea P al băiatului este atunci de 50 kg * 9,8 m / s² = 490 N
În timpul accelerației, scala exercită o forță N la băiatul de 58 kg_f echivalent cu 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.
Accelerația liftului va fi dată de:
a = N / M - g = 568,4 N / 50 kg - 9,8 m / s² = 1,57 m / s²
Viteza dobândită de lift după 1,5 s cu o accelerație de 1,57 m / s² este:
v = a * t = 1,57 m / s² * 1,5 s = 2,36 m / s = 8,5 Km / h
Următoarea figură prezintă o diagramă a forțelor care acționează asupra băiatului:
Un băiat îi dă fratelui său borcanul cu maioneză fratelui său, care se află la celălalt capăt al mesei. Pentru aceasta, îl conduce în așa fel încât să capete o viteză de 3 m / s. Din momentul în care sticla a fost eliberată până când s-a oprit la capătul opus al mesei, cursa a fost de 1,5 m.
Determinați valoarea forței de frecare pe care masa o exercită asupra sticlei, știind că are o masă de 0,45 kg.
Mai întâi vom determina accelerația de frânare. Pentru aceasta vom folosi următoarea relație, deja cunoscută din mișcarea rectilinie accelerată uniform:
Vf² = Vi² + 2 * a * d
Unde Vf este viteza finală, A văzut viteza initiala, la accelerare și d deplasarea.
Accelerația obținută din relația anterioară este atunci când deplasarea sticlei a fost considerată pozitivă.
a = (0 - 9 (m / s) ²) / (2 * 1,5 m) = -3 m / s²
Forța netă pe borcanul de maioneză este forța de frecare, deoarece echilibrul normal și greutatea borcanului: Fnet = Fr.
Fr = m * a = 0,45 kg * (-3 m / s²) = -1,35 N = -0,14 kg-f
Copiii și adulții pot efectua experimente simple care le permit să verifice dacă a doua lege a lui Newton funcționează cu adevărat în viața reală. Iată două foarte interesante:
Un experiment simplu necesită o cântare de baie și un lift. Luați o greutate de baie într-un lift și înregistrați valorile pe care le marchează în timpul pornirii în sus, în jos și în timpul în care vă deplasați la viteză constantă. Calculați accelerațiile elevatorului pentru fiecare caz.
Schema experimentului este prezentată mai jos:
Carul este apoi lăsat fără greutate suplimentară și lăsat să accelereze. Apoi se pune mai multă greutate pe coș pentru a crește forța aplicată coșului..
Exemple de a doua lege a lui Newton.
Prima lege a lui Newton.
Exemple de a doua lege a lui Newton.
Nimeni nu a comentat acest articol încă.