UNDANG-UNDANG KEDUA NEWTON: APLIKASI, EKSPERIMEN DAN LATIHAN - FIZIKAL - 2025

The Newton 's undang-undang kedua atau undang-undang asas dinamik menyatakan bahawa jika sesuatu objek dikenakan daya atau satu set kuasa-kuasa yang sedang tidak dibatalkan, maka objek akan dipercepatkan ke arah daya paduan, yang menjadi pecutan berkadar dengan intensiti daya jaring dan berkadar songsang dengan jisim objek.

Jika F adalah daya bersih, M jisim objek dan untuk pecutan yang diperoleh itu, maka undang-undang kedua Newton dinyatakan secara matematik sebagai berikut : a = F / M atau pada bentuk yang paling biasa F = M ∙ untuk

Penjelasan mengenai undang-undang kedua Newton. Sumber: buatan sendiri.

Penjelasan dan formula

Seperti yang dijelaskan di atas, cara biasa untuk menyatakan undang-undang kedua adalah dengan formula:

F = M ∙ a

Percepatan dan daya harus diukur dari kerangka acuan inersia. Perhatikan bahawa jisim adalah kuantiti positif, jadi pecutan menunjukkan arah yang sama dengan daya yang dihasilkan.

Perhatikan juga bahawa apabila daya yang dihasilkan adalah sifar ( F = 0 ) maka pecutan juga akan menjadi sifar ( a = 0 ) setiap kali M> 0. Hasil ini sepenuhnya setuju dengan undang-undang pertama atau undang-undang inersia Newton.

Undang-undang pertama Newton menetapkan sistem rujukan inersia sebagai sistem yang bergerak dengan halaju tetap sehubungan dengan zarah bebas. Dalam praktiknya dan untuk tujuan aplikasi yang paling umum, sistem rujukan terpaku ke tanah atau yang lain yang bergerak dengan kelajuan tetap sehubungan dengannya, akan dianggap tidak aktif.

Force adalah ungkapan matematik interaksi objek dengan persekitaran. Daya boleh menjadi kuantiti atau perubahan yang tetap dengan masa, kedudukan dan kelajuan objek.

Unit dalam Sistem Antarabangsa (SI) untuk kekuatan adalah Newton (N). Jisim di (SI) diukur dalam (kg) dan pecutan dalam (m / s ² ). One Newton of force adalah daya yang diperlukan untuk mempercepat objek berjisim 1 kg pada 1 m / s ² .

Latihan yang diselesaikan

Latihan 1

Objek jisim m dijatuhkan dari ketinggian tertentu dan pecutan kejatuhan 9.8 m / s² diukur.

Perkara yang sama berlaku dengan objek lain berjisim m 'dan satu lagi jisim m' dan yang lain dan yang lain. Hasilnya adalah percepatan graviti yang dilambangkan dengan g dan sama dengan 9.8 m / s². Dalam eksperimen ini bentuk objek dan nilai jisimnya sedemikian rupa sehingga daya akibat rintangan udara diabaikan.

Ia diminta untuk mencari model daya tarikan bumi (dikenali sebagai berat) yang sesuai dengan hasil eksperimen.

Penyelesaian

Kami memilih sistem rujukan inersia (tetap berkaitan dengan tanah) dengan arah positif paksi X menegak dan ke bawah.

Satu-satunya daya yang bertindak pada objek massa m adalah daya tarikan daratan, daya ini disebut berat P, kerana menunjuk ke bawah itu positif.

Pecutan yang diperoleh objek jisim m setelah dilepaskan adalah a = g, menunjuk ke bawah dan positif.

Kami mencadangkan undang-undang kedua Newton

P = ma

Apa yang akan menjadi model P sehingga pecutan yang diramalkan oleh hukum kedua adalah g tanpa mengira nilai m? : Satu-satunya alternatif ialah P = mg setiap kali m> 0.

mg = ma dari mana kita menyelesaikan untuk: a = g

Kami menyimpulkan bahawa berat, daya yang dengannya Bumi menarik objek adalah jisim objek yang didarab dengan pecutan graviti dan arahnya adalah menegak dan menunjuk ke bawah.

P = m ∙ g

Latihan 2

Seberat 2 kg jisim terletak di lantai yang rata dan mendatar. Sekiranya daya 1 N diterapkan padanya, pecutan apa yang diperoleh blok dan kelajuan apa yang akan diperoleh setelah 1 s.

Penyelesaian

Perkara pertama adalah menentukan sistem koordinat inersia. Satu telah dipilih dengan paksi X di lantai dan paksi Y tegak lurus dengannya. Kemudian gambarajah daya dibuat, meletakkan daya kerana interaksi blok dengan persekitarannya.

Daya N mewakili normal, itu adalah kekuatan menegak ke atas yang permukaan lantai berikan pada blok M. Telah diketahui bahawa N tepat mengimbangi P kerana blok tidak bergerak dalam arah menegak.

F adalah daya mendatar yang dikenakan pada blok M, menunjuk ke arah positif paksi X.

Daya bersih adalah jumlah semua daya pada blok jisim M. Kami membuat jumlah vektor F, P dan N. Oleh kerana P dan N sama dan berlawanan, mereka membatalkan satu sama lain, dan daya jaring adalah F.

Jadi pecutan yang dihasilkan akan menjadi hasil dari daya jaring dan jisim:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0.5 m / s²

Oleh kerana blok bermula dari rehat selepas 1s, halaju akan berubah dari 0 m / s menjadi 0.5 m / s.

Aplikasi Undang-undang Kedua Newton

Mempercepat lif

Seorang budak lelaki menggunakan skala bilik mandi untuk mengukur berat badannya. Nilai yang anda dapat ialah 50 kg. Kemudian anak itu membawa berat badan ke lif bangunannya, kerana dia ingin mengukur pecutan lif. Hasil yang diperoleh semasa memulakannya adalah:

• Skala mencatat berat 58 kg selama 1.5 s
• Kemudian ukur 50 kg lagi.

Dengan data ini, hitungkan pecutan lif dan kelajuannya.

Penyelesaian

Skala mengukur berat dalam satu unit yang disebut kekuatan kilogram. Secara definisi, kilogram_force adalah daya dengan mana planet Bumi menarik objek berjisim 1 kg.

Apabila satu-satunya daya yang bertindak pada objek adalah beratnya, maka ia memperoleh pecutan 9.8 m / s². Jadi 1 kg_f sama dengan 9.8 N.

Berat P budak itu ialah 50 kg * 9.8m / s² = 490 N

Semasa pecutan, skala memberi daya N pada anak lelaki 58 kg_f bersamaan 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.

Pecutan lif akan diberikan oleh:

a = N / M - g = 568,4 N / 50 kg - 9,8 m / s² = 1,57 m / s²

Halaju yang diperoleh oleh lif selepas 1.5 s dengan pecutan 1.57 m / s² adalah:

v = a * t = 1.57 m / s² * 1.5 s = 2.36 m / s = 8.5 Km / j

Gambar berikut menunjukkan gambarajah kekuatan yang bertindak pada budak lelaki itu:

Balang mayonis

Seorang budak lelaki memberikan saudaranya balang mayonis kepada saudaranya, yang berada di hujung meja. Untuk itu, ia menggerakkannya sedemikian rupa sehingga memperoleh kelajuan 3 m / s. Dari saat dia menjatuhkan botol sehingga berhenti di hujung meja yang bertentangan, perjalanan sejauh 1.5 m.

Tentukan nilai daya geseran yang diberikan oleh meja pada botol, dengan mengetahui bahawa ia mempunyai jisim 0.45 kg.

Penyelesaian

Mula-mula kita akan menentukan pecutan brek. Untuk ini kita akan menggunakan hubungan berikut, yang sudah diketahui dari gerakan segiempat tepat yang dipercepat:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

di mana Vf adalah halaju akhir, Vi halaju awal, pada pecutan dan d sesaran.

Pecutan yang diperoleh dari hubungan sebelumnya adalah, di mana penggantian botol telah dianggap positif.

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

Daya bersih pada balang mayonis adalah daya geseran, kerana keseimbangan balang yang normal dan berat: Fnet = Fr.

Fr = m * a = 0,45 kg * (-3 m / s²) = -1,35 N = -0,14 kg-f

Eksperimen untuk kanak-kanak

Kanak-kanak dan orang dewasa dapat melakukan eksperimen sederhana yang membolehkan mereka mengesahkan bahawa undang-undang kedua Newton benar-benar berfungsi dalam kehidupan nyata. Berikut adalah dua perkara yang sangat menarik:

Eksperimen 1

Percubaan sederhana memerlukan skala bilik mandi dan lif. Ambil berat bilik mandi ke dalam lif dan catat nilai yang ditunjukkan semasa permulaan, permulaan turun, dan semasa anda bergerak dengan kelajuan tetap. Hitung pecutan lif untuk setiap kes.

Eksperimen 2

1. Ambil kereta mainan yang roda dilincirkan dengan baik
2. Pasangkan tali ke hujung.
3. Di tepi meja, pita pensil atau objek silinder licin yang lain di mana tali akan berjalan.
4. Di hujung tali gantungkan bakul kecil, di mana anda akan meletakkan beberapa syiling atau sesuatu yang akan berfungsi sebagai berat.

Skema percubaan ditunjukkan di bawah:

• Lepaskan kereta dan perhatikan ia memecut.
• Kemudian tingkatkan jisim kereta dengan meletakkan duit syiling di atasnya, atau sesuatu yang menambah jisimnya.
• Katakan sama ada pecutan meningkat atau menurun. Masukkan lebih banyak adunan di troli, perhatikan dengan cepat, dan selesaikan.

Troli kemudian dibiarkan tanpa berat tambahan dan dibiarkan memecut. Kemudian lebih banyak berat diletakkan di atas bakul untuk meningkatkan daya yang dikenakan pada troli.

• Bandingkan pecutan dengan kes sebelumnya, nyatakan jika ia meningkat atau menurun. Anda boleh mengulangi menambahkan lebih banyak berat ke bakul dan memerhatikan pecutan kereta.
• Nyatakan jika ia meningkat atau menurun.
• Analisis keputusan anda dan katakan sama ada mereka bersetuju atau tidak dengan undang-undang kedua Newton.

Artikel yang menarik

Contoh undang-undang kedua Newton.

Undang-undang pertama Newton.

Contoh undang-undang kedua Newton.

Rujukan

1. Alonso M., Finn E. 1970. Jilid fizik I: Mekanik. Dana Pendidikan Antara Amerika SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Sains Fizikal Konseptual. Edisi kelima. 41-46.
3. Muda, Hugh. 2015. Fizik Universiti dengan Fizik Moden. Ed. 14 Pearson. 108-115.