PANGALAWANG BATAS NI NEWTON: MGA APLIKASYON, EKSPERIMENTO AT PAGSASANAY - PISIKAL - 2025

Ang ikalawang batas ng Newton o pangunahing batas ng dinamika ay nagsasabi na kung ang isang bagay ay sumailalim sa isang puwersa o isang hanay ng mga puwersa na hindi kinansela, kung gayon ang bagay ay mapapabilis sa direksyon ng nagreresultang puwersa, na ang proporsyonal na pagbilis sa kasidhian ng puwersa na neto at hindi sukat na proporsyonal sa masa ng bagay.

Kung F ay ang net force, M ang masa ng mga bagay at sa mga acceleration nakuha, pagkatapos ay ang ikalawang batas ng Newton ay ipinahayag mathematically tulad ng sumusunod : a = F / M o huwag higit sa karaniwan na form F = M ∙ na

Paliwanag ng pangalawang batas ni Newton. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Paliwanag at pormula

Tulad ng ipinaliwanag sa itaas, ang karaniwang paraan upang maipahayag ang pangalawang batas ay kasama ang pormula:

F = M ∙ a

Ang parehong pagpapabilis at lakas ay dapat masukat mula sa isang inertial reference frame. Tandaan na ang masa ay isang positibong dami, kaya ang mga punto ng pagpabilis sa parehong direksyon bilang ang lakas na nagreresulta.

Tandaan din na kapag ang nagreresultang puwersa ay zero ( F = 0 ) kung gayon ang pagpabilis ay magiging zero din ( a = 0 ) tuwing M> 0. Ang resulta na ito ay ganap na sumasang-ayon sa unang batas o batas ng inertia ng Newton.

Ang unang batas ng Newton ay nagtatatag ng mga sistema ng sanggunian na walang kinikilingan bilang mga gumagalaw na may patuloy na tulin na may paggalang sa isang libreng butil. Sa pagsasanay at para sa layunin ng mga pinaka-karaniwang aplikasyon, isang sanggunian na sistema na naayos sa lupa o anumang iba pang gumagalaw sa isang palaging bilis na may paggalang dito, ay isasaalang-alang nang walang kinikilingan.

Ang puwersa ay ang pagpapahayag ng matematika ng pakikipag-ugnayan ng bagay sa kapaligiran. Ang puwersa ay maaaring maging isang pare-pareho ang dami o pagbabago sa oras, posisyon at bilis ng bagay.

Ang yunit sa International System (SI) para sa lakas ay ang Newton (N). Ang masa sa (SI) ay sinusukat sa (kg) at ang pagpabilis sa (m / s ² ). Ang isang Newton ng puwersa ay ang puwersa na kinakailangan upang mapabilis ang isang bagay na masa 1 kg sa 1 m / s ² .

Malutas na ehersisyo

Ehersisyo 1

Ang isang object ng mass m ay bumaba mula sa isang tiyak na taas at ang isang pagbilis ng pagbagsak na 9.8 m / s² ay sinusukat.

Ang parehong nangyayari sa isa pang object ng mass m 'at isa pang mass m' 'at isa pa at iba pa. Ang resulta ay palaging ang pagpabilis ng grabidad na isinail ng g at ay katumbas ng 9.8 m / s². Sa mga eksperimento na ito ang hugis ng bagay at ang halaga ng masa nito ay tulad na ang puwersa dahil sa paglaban ng hangin ay bale-wala.

Hiniling na maghanap ng isang modelo para sa kaakit-akit na puwersa ng lupa (na kilala bilang timbang) na naaayon sa mga resulta ng pang-eksperimentong.

Solusyon

Pinipili namin ang isang inertial reference system (naayos na may paggalang sa lupa) na may positibong direksyon ng vertical X axis at pababa.

Ang tanging puwersa na kumikilos sa bagay ng mass m ay ang terestrial na pang-akit, ang puwersa na ito ay tinatawag na bigat P, dahil itinuturo nito pababa na ito ay positibo.

Ang pagpabilis na nakuha ng bagay ng mass m kapag ito ay pinalabas ay isang = g, itinuro pababa at positibo.

Ipinapanukala namin ang pangalawang batas ni Newton

P = ma

Ano ang magiging modelo ng P na ang pagpabilis na hinulaang ng ikalawang batas ay g anuman ang halaga ng m? : Ang tanging alternatibo ay ang P = mg tuwing m> 0.

mg = ma mula sa kung saan namin nalutas ang: a = g

Napagpasyahan namin na ang bigat, ang puwersa na kung saan ang Earth ay nakakaakit ng isang bagay ay ang masa ng bagay na pinarami ng pagbilis ng gravity at ang direksyon nito ay patayo at itinuro pababa.

P = m ∙ g

Mag-ehersisyo 2

Ang isang bloke ng 2 kg ng masa ay nakasalalay sa isang ganap na patag at pahalang na sahig. Kung ang isang puwersa ng 1 N ay inilalapat dito, kung ano ang pabilis na nakuha ng bloke at kung anong bilis ang makukuha pagkatapos ng 1 s.

Solusyon

Ang unang bagay ay upang tukuyin ang isang inertial coordinate system. Ang isa ay pinili kasama ang X axis sa sahig at ang Y axis na patayo dito. Pagkatapos ay ginawa ang isang diagram ng puwersa, paglalagay ng mga puwersa dahil sa mga pakikipag-ugnay ng bloke sa kapaligiran nito.

Ang puwersa N ay kumakatawan sa normal, ito ay ang pataas na pataas na puwersa na inilapat sa ibabaw ng sahig sa block M. Ito ay kilala na ang N ay eksaktong balanse sa P dahil ang bloke ay hindi gumagalaw sa patayong direksyon.

Ang F ay ang pahalang na puwersa na inilalapat sa block M, na nagtuturo sa positibong direksyon ng X axis.

Ang puwersa ng net ay ang kabuuan ng lahat ng mga puwersa sa bloke ng masa M. Ginagawa namin ang vector kabuuan ng F, P at N. Dahil ang P at N ay pantay at kabaligtaran, kanselahin nila ang bawat isa, at ang net net ay si F.

Kaya ang nagreresultang pagbilis ay magiging malinaw ng lakas at neto:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0.5 m / s²

Dahil ang bloke ay nagsisimula mula sa pamamahinga pagkatapos ng 1s ang bilis nito ay magbago mula 0 m / s hanggang 0.5 m / s.

Mga aplikasyon ng Ikalawang Batas ng Newton

Pagpapabilis ng isang elevator

Ang isang batang lalaki ay gumagamit ng isang sukat sa banyo upang masukat ang kanyang timbang. Ang halaga na nakukuha mo ay 50 kg. Pagkatapos ay kinukuha ng batang lalaki ang bigat sa elevator ng kanyang gusali, dahil nais niyang sukatin ang pagbilis ng elevator. Ang mga resulta na nakuha kapag nagsisimula ay:

• Ang scale ay nagrerehistro ng isang timbang na 58 kg para sa 1.5 s
• Pagkatapos ay sukatin ang 50 kg muli.

Sa mga data na ito, kalkulahin ang pabilis ng elevator at ang bilis nito.

Solusyon

Sinusukat ng scale ang timbang sa isang yunit na tinatawag na isang lakas ng kilo. Sa pamamagitan ng kahulugan, ang kilogram_force ay ang puwersa kung saan ang planeta ng Earth ay umaakit sa isang bagay na masa 1 kg.

Kung ang tanging puwersa na kumikilos sa bagay ay ang bigat nito, pagkatapos ay nakakakuha ito ng isang pabilis na 9.8 m / s². Kaya ang 1 kg_f ay katumbas ng 9.8 N.

Ang bigat P ng batang lalaki ay pagkatapos ay 50 kg * 9.8m / s² = 490 N

Sa panahon ng pagbilis, ang scale ay nagpapatakbo ng isang puwersa N sa batang lalaki na 58 kg_f katumbas ng 58 kg * 9.8 m / s² = 568.4 N.

Ang pagbilis ng elevator ay bibigyan ng:

a = N / M - g = 568.4 N / 50 kg - 9.8 m / s² = 1.57 m / s²

Ang bilis na nakuha ng elevator pagkatapos ng 1.5 s na may bilis na 1.57 m / s² ay:

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

Ang sumusunod na figure ay nagpapakita ng isang diagram ng mga puwersa na kumikilos sa batang lalaki:

Ang garapon ng mayonesa

Inihatid ng isang batang lalaki ang kanyang kapatid na lalaki ng garapon ng mayonesa sa kanyang kapatid, na nasa kabilang dulo ng mesa. Para sa mga iyon, hinihimok ito sa paraang nakakuha ng bilis ng 3 m / s. Mula sa sandaling ibinaba niya ang bote hanggang sa huminto ito sa kabaligtaran ng talahanayan, ang paglalakbay ay 1.5 m.

Alamin ang halaga ng puwersa ng alitan na inilapat ng talahanayan sa bote, alam na mayroon itong isang masa na 0.45 kg.

Solusyon

Una ay matutukoy namin ang pagpabilis ng pagpepreno. Para sa mga ito gagamitin namin ang sumusunod na relasyon, na kilala mula sa pantay na pinabilis na paggalaw ng rectilinear:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

kung saan ang Vf ang pangwakas na tulin, Vi ang paunang tulin, sa pagpabilis at d ang pag-aalis.

Ang pagbilis na nakuha mula sa nakaraang relasyon ay, kung saan ang pag-alis ng bote ay kinuha bilang positibo.

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

Ang net lakas sa garapon ng mayonesa ay ang lakas ng alitan, dahil ang normal at ang bigat ng balanse ng garapon: Fnet = Fr.

Fr = m * a = 0.45 kg * (-3 m / s²) = -1.35 N = -0.14 kg-f

Mga eksperimento para sa mga bata

Ang mga bata at matatanda ay maaaring magsagawa ng mga simpleng eksperimento na nagpapahintulot sa kanila na mapatunayan na ang pangalawang batas ni Newton ay talagang gumagana sa totoong buhay. Narito ang dalawang napaka-kagiliw-giliw na:

Eksperimento 1

Ang isang simpleng eksperimento ay nangangailangan ng isang sukat sa banyo at isang elevator. Kumuha ng bigat sa banyo sa isang elevator at itala ang mga halaga na minarkahan nito sa pagsisimula, ang pagsisimula, at sa oras na gumagalaw ka sa palaging bilis. Kalkulahin ang pagbilis ng elevator para sa bawat kaso.

Eksperimento 2

1. Kumuha ng isang laruang kotse na mahusay na lubricated ang mga gulong nito
2. Ikabit ang isang lubid hanggang sa dulo.
3. Sa gilid ng talahanayan, mag-tape ng isang lapis, o iba pang makinis, cylindrical object kung saan tatakbo ang string.
4. Sa kabilang dulo ng lubid ay nakabitin ang isang maliit na basket, kung saan ilalagay mo ang ilang mga barya o isang bagay na magsisilbing timbang.

Ang pamamaraan ng eksperimento ay ipinapakita sa ibaba:

• Hayaan ang cart at panoorin itong mapabilis.
• Pagkatapos ay dagdagan ang masa ng cart sa pamamagitan ng paglalagay ng mga barya dito, o isang bagay na nagpapataas ng masa nito.
• Sabihin kung ang pagtaas ng pagtaas o pagbawas. Maglagay ng mas maraming masa sa cart, panoorin itong pabilisin, at tapusin.

Ang cart ay pagkatapos ay naiwan nang walang labis na timbang at pinapayagan na mapabilis. Pagkatapos ay mas maraming timbang ang nakalagay sa basket upang madagdagan ang puwersa na inilalapat sa cart.

• Ihambing ang pabilis sa nakaraang kaso, ipahiwatig kung tumataas o bumababa ito. Maaari mong ulitin ang pagdaragdag ng mas maraming timbang sa basket at obserbahan ang pagpabilis ng cart.
• Ipahiwatig kung nadaragdagan o nababawasan ito.
• Suriin ang iyong mga resulta at sabihin kung sumasang-ayon ba sila sa pangalawang batas ni Newton.

Mga Artikulo ng interes

Mga halimbawa ng pangalawang batas ni Newton.

Unang batas ni Newton.

Mga halimbawa ng pangalawang batas ni Newton.

Mga Sanggunian

1. Alonso M., Finn E. 1970. Dami ng pisika I: Mekanika. Inter-American Fund Fund SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Konsepto na Pang-agham na Agham. Ikalimang edisyon. 41-46.
3. Bata, Hugh. 2015. Pamantika sa Unibersidad na may Makabagong Pisika. Ika-14 na Ed. 108-115.