Aplikasi Hukum Kedua Newton, Eksperimen dan Latihan

Itu Hukum Kedua Newton o Hukum dasar dinamika menetapkan bahwa jika suatu objek tunduk pada kekuatan atau satu set kekuatan yang tidak dibatalkan, maka objek akan mempercepat ke arah kekuatan yang dihasilkan, karena akselerasi yang sebanding dengan intensitas gaya bersih tersebut itu dan berbanding terbalik dengan massa objek.

Ya F adalah kekuatan net, M Massa objek dan ke Akselerasi yang dia peroleh, maka undang -undang kedua Newton akan diungkapkan secara matematis: ke = F / M atau dengan cara yang paling umum F = M∙ke

Penjelasan Hukum Kedua Newton. Sumber: Made sendiri.

[TOC]

Penjelasan dan Rumus

Seperti yang dijelaskan di atas, cara biasa mengekspresikan hukum kedua adalah dengan formula:

F = M∙ke

Baik percepatan dan kekuatan harus diukur dari sistem referensi inersia. Perhatikan bahwa massa adalah jumlah positif, sehingga akselerasi menunjuk ke arah yang sama dengan gaya yang dihasilkan.

Perhatikan juga bahwa ketika gaya yang dihasilkan batal (F = 0) Maka akselerasi juga akan batal ( ke = 0 ) selama M> 0. Hasil ini sepenuhnya disepakati dengan hukum pertama Newton atau hukum inersia.

Hukum pertama Newton menetapkan sistem referensi inersia seperti yang bergerak dengan kecepatan konstan sehubungan dengan partikel bebas. Dalam praktiknya dan untuk tujuan aplikasi yang paling umum, sistem referensi tetap ke tanah atau lainnya yang bergerak dengan kecepatan konstan sehubungan dengan itu, akan dianggap inersia.

Kekuatan adalah ekspresi matematika dari interaksi objek dengan lingkungan. Kekuatan bisa menjadi jumlah konstan atau perubahan dengan waktu, posisi dan kecepatan objek.

Unit dalam Sistem Internasional (SI) untuk Force adalah Newton (N). Massa dalam (SI) diukur dalam (kg) dan akselerasi dalam (m/s²). Kekuatan Newton adalah kekuatan yang diperlukan untuk mempercepat objek 1 kg massa pada 1 m/s² .

Latihan terpecahkan

Latihan 1

Objek massa m dilepaskan dari ketinggian tertentu dan percepatan jatuh 9,8 m/s² diukur.

Hal yang sama berlaku untuk massa massa m 'dan massa m "lainnya dan lainnya. Hasilnya selalu percepatan gravitasi yang dilambangkan dengan G dan bernilai 9,8 m/s². Dalam percobaan ini bentuk objek dan nilai massanya sedemikian rupa sehingga gaya karena ketahanan udara dapat diabaikan.

Dapat melayani Anda: kalsium fluoride (caf2): struktur, sifat, penggunaan

Itu diminta untuk menemukan model untuk gaya tarik terestrial (dikenal sebagai berat) yang konsisten dengan hasil eksperimen.

Larutan

Kami memilih sistem referensi inersia (diperbaiki sehubungan dengan lantai) dengan arah positif sumbu x vertikal dan ke bawah.

Satu -satunya kekuatan yang bekerja pada objek massa M Itu adalah daya tarik terestrial, kekuatan itu disebut berat P, Bagaimana itu menunjuk ke bawah adalah positif.

Percepatan yang diperoleh oleh objek massa M Setelah dirilis adalah a = g , tary turun dan positif.

Kami mengusulkan hukum kedua Newton

P = m a

Apa yang akan menjadi model P sehingga akselerasi yang diprediksi oleh hukum kedua adalah G terlepas dari nilai m ? : Satu -satunya alternatifnya adalah p = m g setiap kali m> 0.

m g = m a Di mana kita jelas: a = g

Kami menyimpulkan bahwa bobot, gaya yang dengannya Bumi menarik suatu objek akan menjadi massa objek yang dikalikan dengan percepatan gravitasi dan arahnya vertikal dan ditargetkan.

P = m∙G

Latihan 2

Blok massa 2 kg berada di lantai yang benar -benar halus dan horizontal. Jika gaya 1 N diterapkan bahwa akselerasi memperoleh blok dan kecepatan apa setelah 1 detik.

Larutan

Hal pertama adalah mendefinisikan sistem koordinat inersia. Satu telah dipilih dengan sumbu x di lantai dan sumbu dan tegak lurus terhadapnya. Kemudian diagram kekuatan dibuat, menempatkan kekuatan karena interaksi blok dengan lingkungannya.

Gaya P mewakili bobot, gaya yang dengannya planet bumi menarik blok massa m.

Gaya n mewakili normal, itu adalah gaya ke atas yang diaktifkan permukaan lantai pada blok m. Diketahui bahwa N menyeimbangkan persis dengan p karena blok tidak bergerak ke arah vertikal.

F adalah gaya horizontal yang diterapkan pada blok M, yang menunjuk ke arah positif sumbu x.

Gaya bersih adalah jumlah dari semua kekuatan pada blok massa M. Jumlah vektor f, p dan n dibuat. Karena p dan n adalah sama dan berlawanan, mereka saling membatalkan, dan gaya bersihnya f.

Sehingga akselerasi yang dihasilkan akan menjadi hasil bagi gaya bersih antara massa:

Dapat melayani Anda: Keuntungan Mekanik: Formula, Persamaan, Perhitungan, dan Contoh

a = f / m = 1 n / 2 kg = 0,5 m / s²

Saat blok dimulai dari yang lain setelah 1s kecepatannya akan berubah 0 m/s pada 0,5 m/s .

Aplikasi Hukum Kedua Newton

Percepatan lift

Seorang anak laki -laki menggunakan kamar mandi untuk mengukur beratnya. Nilai yang Anda dapatkan adalah 50 kg. Kemudian bocah itu mengambil beban lift bangunannya, karena dia ingin mengukur percepatan awal lift. Hasil yang diperoleh saat dimulai adalah:

• Skala mencatat berat 58 kg selama 1,5 detik
• Kemudian ukur 50 kg lagi.

Dengan data ini, hitung percepatan lift dan kecepatan yang Anda peroleh.

Larutan

Skala mengukur bobot dalam unit yang disebut Kilogram_fuerza. Menurut definisi, kilogram_fuerza adalah kekuatan yang dengannya planet bumi menarik objek massa 1 kg.

Ketika satu -satunya kekuatan yang bertindak pada objek adalah bobotnya, maka ia memperoleh percepatan 9,8 m/s². Jadi 1 kg_f setara dengan 9.8 n.

Beratnya P anak laki -laki itu adalah 50 kg*9.8m/s² = 490 n

Selama percepatan skala memberikan kekuatan N Pada 58 kg_f bocah yang setara dengan 58 kg * 9,8 m/s² = 568.4 n.

Akselerasi lift akan diberikan oleh:

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

Kecepatan yang diperoleh oleh lift setelah 1.5 detik dengan 1 percepatan.57 m/s² adalah:

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

Gambar berikut menunjukkan skema kekuatan yang bertindak pada bocah itu:

Botol mayones

Seorang anak menyerahkan botol saudaranya kepada saudaranya, yang ada di ujung meja. Untuk itu mendorongnya sedemikian rupa sehingga memperoleh kecepatan 3 m/s. Karena botol dilepaskan sampai berhenti di ujung meja yang berlawanan, rute itu 1,5 m.

Tentukan nilai gaya gesekan yang diberikan meja pada botol, mengetahui bahwa ia memiliki massa 0,45 kg.

Larutan

Pertama kami akan menentukan percepatan pengereman. Untuk ini kita akan menggunakan hubungan berikut, sudah diketahui oleh gerakan bujursangkar yang dipercepat secara seragam:

Vf² = vi² + 2 * a * d

Di mana Vf adalah kecepatan terakhir, Gergaji Kecepatan awal, ke percepatan dan D Perpindahan.

Dapat melayani Anda: listrik dinamis

Akselerasi yang diperoleh dari hubungan sebelumnya adalah, di mana perpindahan botol telah dianggap positif.

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

Gaya net pada botol mayones adalah gaya gesekan, karena normal dan berat botol seimbang: fnet = dingin.

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

Eksperimen Anak

Anak -anak dan orang dewasa juga dapat melakukan pengalaman sederhana yang memungkinkan mereka memverifikasi bahwa hukum kedua Newton benar -benar bekerja dalam kehidupan nyata. Inilah dua yang menarik:

Eksperimen 1

Eksperimen sederhana membutuhkan kamar mandi dan lift. Ambil bobot kamar mandi ke lift dan catat nilai -nilai yang menandai selama dimulai, boot start dan selama periode yang bergerak dengan kecepatan konstan. Hitung percepatan lift yang sesuai dengan setiap kasus.

Eksperimen 2

1. Ambil gerobak mainan yang memiliki roda Anda dilumasi dengan baik
2. Pegang tali ke ekstrem.
3. Di tepi meja, kencangkan pensil, atau objek silinder dan halus lainnya di mana tali akan lewat.
4. Di ujung lain tali menggantung keranjang kecil, yang akan menempatkan beberapa koin atau sesuatu yang berfungsi untuk berat badan.

Skema percobaan ditunjukkan di bawah ini:

• Lepaskan gerobak dan amati bagaimana ia mempercepat.
• Kemudian tingkatkan massa gerobak dengan meletakkan koin di atasnya, atau sesuatu yang meningkatkan massanya.
• Katakan jika akselerasi meningkat atau berkurang. Tempatkan lebih banyak adonan di atas kereta, amati bagaimana itu mempercepat dan menyimpulkan.

Kemudian gerobak dibiarkan tanpa bobot ekstra dan biarkan mempercepat. Kemudian lebih banyak berat ditempatkan di keranjang untuk meningkatkan gaya yang diterapkan pada gerobak.

• Bandingkan akselerasi dengan kasus sebelumnya, tunjukkan apakah itu meningkat atau berkurang. Anda dapat mengulangi menambahkan lebih banyak berat pada keranjang dan mengamati percepatan gerobak.
• Menunjukkan apakah itu meningkat atau berkurang.
• Menganalisis hasil Anda dan mengatakan apakah mereka setuju dengan hukum kedua Newton atau tidak.

Artikel yang menarik

Contoh Hukum Kedua Newton.

Hukum Pertama Newton.

Contoh Hukum Kedua Newton.

Referensi

1. Alonso m., Finn e. 1970. Volume Fisika I: Mekanika. Dana Pendidikan Inter -American S.KE. 156-163.
2. Hewitt, hlm. 2012. Ilmu Fisik Konseptual. Edisi Kelima. 41-46.
3. Muda, Hugh. 2015. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. Edisi ke -14. Pearson. 108-115.