NEWTON'UN IKINCI YASASI: UYGULAMALAR, DENEYLER VE ALIŞTIRMALAR - FIZIKSEL - 2025

Newton 's ikinci yasa veya bir amacı, bir kuvvet veya kuvvetlerin bir dizi maruz kalması halinde bu dinamik durumlarının temel bir yasa edilir orantılı ivme olan bu iptal değilse, o zaman bir amacı elde edilen kuvvet doğrultusunda hızlandırılacak bu kuvvetin yoğunluğu net ve nesnenin kütlesi ile ters orantılıdır.

Eğer F net kuvvet, nesnenin M kütlesi için alınan hızlanma, daha sonra Newton ikinci kanunu, matematiksel olarak ifade edilir , aşağıdaki : a = F / M veya en genel biçiminde de F = E ∙ için

Newton'un ikinci yasasının açıklaması. Kaynak: kendi kendine.

Açıklama ve formüller

Yukarıda açıklandığı gibi, ikinci yasayı ifade etmenin olağan yolu aşağıdaki formülle olur:

F = M ∙ bir

Hem ivme hem de kuvvet eylemsiz bir referans çerçevesinden ölçülmelidir. Kütlenin pozitif bir miktar olduğuna dikkat edin, bu nedenle ivme, oluşan kuvvetle aynı yönü gösterir.

Ayrıca, ortaya çıkan kuvvet sıfır olduğunda ( F = 0 ), M> 0 olduğunda ivmenin de sıfır olacağını ( a = 0 ) unutmayın. Bu sonuç, Newton'un birinci yasası veya eylemsizlik yasası ile tamamen uyumludur.

Newton'un birinci yasası, serbest bir parçacığa göre sabit hızla hareket eden atalet referans sistemlerini kurar. Pratikte ve en yaygın uygulamaların amacı için, zemine sabitlenmiş bir referans sistemi veya ona göre sabit bir hızda hareket eden herhangi bir başka, eylemsiz olarak kabul edilecektir.

Kuvvet, nesnenin çevre ile etkileşiminin matematiksel ifadesidir. Kuvvet sabit bir miktar olabilir veya nesnenin zamanına, konumuna ve hızına göre değişebilir.

Uluslararası Sistemdeki (SI) kuvvet birimi Newton'dur (N). (SI) içindeki kütle (kg) ve ivme (m / s ² ) cinsinden ölçülür . Kuvvet bir Newton / 1 m kütlesi 1 kg 'lık bir nesne hızlandırmak için gerekli kuvvettir s ² .

Çözülmüş egzersizler

1. Egzersiz

Belirli bir yükseklikten m kütleli bir cisim düşürülür ve 9,8 m / s² düşme ivmesi ölçülür.

Aynısı başka bir m 've m' kütlesine sahip başka bir nesne ve bir başkası ve bir başkası için de olur. Sonuç her zaman g ile gösterilen yerçekimi ivmesidir ve 9,8 m / s²'ye eşittir. Bu deneylerde, nesnenin şekli ve kütlesinin değeri, hava direncinden kaynaklanan kuvvetin ihmal edilebileceği şekildedir.

Dünyanın çekici kuvveti (ağırlık olarak bilinir) için deneysel sonuçlarla tutarlı bir model bulması istenir.

Çözüm

Dikey X ekseninin pozitif yönü ve aşağı doğru olan bir atalet referans sistemi (zemine göre sabitlenmiş) seçiyoruz.

M kütleli nesneye etki eden tek kuvvet karasal çekimdir, bu kuvvete P ağırlığı denir, çünkü aşağıya doğru pozitiftir.

M kütleli nesnenin serbest bırakıldığında elde ettiği ivme a = g'dir, aşağıya dönük ve pozitiftir.

Newton'un ikinci yasasını öneriyoruz

P = ma

İkinci yasanın öngördüğü ivmenin m'nin değerine bakılmaksızın g olması için P'nin modeli ne olacaktır? : Tek alternatif, m> 0 olduğunda P = mg olmasıdır.

mg = ma, a = g

Dünya'nın bir nesneyi çektiği kuvvet olan ağırlığın, nesnenin kütlesinin yerçekimi ivmesiyle çarpımı olacağı ve yönünün dikey ve aşağı doğru olduğu sonucuna vardık.

P = m ∙ g

Egzersiz 2

Tamamen düz ve yatay bir zemin üzerinde 2 kg kütleli bir blok durmaktadır. 1 N'luk bir kuvvet uygulanırsa, blok hangi ivmeyi kazanır ve 1 sn sonra hangi hıza sahip olur?

Çözüm

İlk şey, eylemsiz bir koordinat sistemi tanımlamaktır. Zemindeki X ekseni ve ona dik olan Y ekseni seçildi. Daha sonra bloğun çevresi ile etkileşimlerinden kaynaklanan kuvvetleri yerleştiren bir kuvvet diyagramı yapılır.

N kuvveti normali temsil eder, döşeme yüzeyinin blok M üzerine uyguladığı dikey yukarı doğru kuvvettir. Blok dikey yönde hareket etmediği için N'nin P'yi tam olarak dengelediği bilinmektedir.

F, X ekseninin pozitif yönünü gösteren, M bloğuna uygulanan yatay kuvvettir.

Net kuvvet, M kütlesi bloğundaki tüm kuvvetlerin toplamıdır. F, P ve N'nin vektör toplamını yaparız.P ve N eşit ve zıt olduklarından, birbirlerini götürürler ve net kuvvet F'dir.

Dolayısıyla ortaya çıkan ivme, net kuvvet ile kütlenin bölümü olacaktır:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Blok 1 saniye sonra hareketsizden başladığından, hızı 0 m / s'den 0,5 m / s'ye değişecektir.

Newton'un İkinci Yasasının Uygulamaları

Bir asansörü hızlandırmak

Bir erkek çocuk kilosunu ölçmek için banyo tartısı kullanıyor. Aldığınız değer 50 kg. Daha sonra çocuk, asansörün ivmesini ölçmek istediği için ağırlığını binasının asansörüne alır. Başlarken elde edilen sonuçlar:

• Terazi, 1,5 s için 58 kg'lık bir ağırlık kaydeder
• Sonra tekrar 50 kg ölçün.

Bu verilerle asansörün ivmesini ve hızını hesaplayın.

Çözüm

Ölçek, ağırlığı kilogram kuvveti adı verilen bir birimde ölçer. Tanım olarak kilogram_force, Dünya gezegeninin 1 kg kütleli bir nesneyi çektiği kuvvettir.

Nesneye etki eden tek kuvvet ağırlığı olduğunda, 9,8 m / s² ivme elde eder. Yani 1 kg_f, 9,8 N'ye eşittir.

Çocuğun ağırlığı P ise 50 kg * 9.8m / s² = 490 N

Hızlanma sırasında, ölçek erkek çocuğa 58 kg_f değerinde 58 kg * 9.8 m / s² = 568.4 N'ye eşdeğer bir N kuvveti uygular.

Asansörün ivmesi şu şekilde verilecektir:

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

Asansörün 1.57 m / s² ivmeyle 1.5 s sonra elde ettiği hız:

v = a * t = 1,57 m / s² * 1,5 s = 2,36 m / s = 8,5 Km / s

Aşağıdaki şekil, çocuğa etki eden kuvvetlerin bir diyagramını göstermektedir:

Mayonez kavanozu

Bir çocuk, ağabeyine mayonez kavanozunu masanın diğer ucundaki kardeşine uzatır. Bunun için 3 m / s hıza ulaşacak şekilde sürüyor. Şişeyi düşürdüğü andan masanın diğer ucunda duruncaya kadar yolculuk 1.5 m idi.

0,45 kg kütleye sahip olduğunu bilerek tablonun şişeye uyguladığı sürtünme kuvvetinin değerini belirleyin.

Çözüm

İlk önce frenleme ivmesini belirleyeceğiz. Bunun için, halihazırda homojen olarak hızlandırılmış doğrusal hareketten bilinen aşağıdaki ilişkiyi kullanacağız:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

burada Vf son hız, Vi ilk hız, ivmedeki ve d yer değiştirmedir.

Önceki ilişkiden elde edilen ivme, şişenin yer değiştirmesinin pozitif olarak alındığı yerdir.

a = (0-9 (m / s) ²) / (2 * 1,5 m) = -3 m / s²

Mayonez kavanozu üzerindeki net kuvvet, kavanozun normal ve ağırlığı dengesi olduğu için sürtünme kuvvetidir: Fnet = Fr.

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

Çocuklar için deneyler

Çocuklar ve yetişkinler, Newton'un ikinci yasasının gerçek hayatta gerçekten işe yaradığını doğrulamalarına izin veren basit deneyler yapabilirler. İşte çok ilginç iki tane:

Deney 1

Basit bir deney, bir banyo tartısı ve bir asansör gerektirir. Bir asansöre bir banyo ağırlığını alın ve yukarı kalkma, aşağı başlatma ve sabit hızda hareket ettiğiniz süre boyunca işaretlediği değerleri kaydedin. Her durum için asansör ivmelerini hesaplayın.

Deney 2

1. Tekerlekleri iyice yağlanmış bir oyuncak araba alın
2. Sonuna bir ip takın.
3. Masanın kenarına, ipin üzerinden geçeceği bir kurşun kalem veya başka bir düz silindirik nesne bantlayın.
4. İpin diğer ucuna biraz bozuk para ya da ağırlık görevi görecek bir şey koyacağınız küçük bir sepet asın.

Deneyin şeması aşağıda gösterilmiştir:

• Arabayı bırak ve hızlanmasını izle.
• Daha sonra üzerine bozuk para koyarak veya kütlesini artıran bir şeyle arabanın kütlesini artırın.
• İvmenin artıp azalmayacağını söyleyin. Arabaya daha fazla hamur koyun, hızlanmasını izleyin ve bitirin.

Araba daha sonra fazla ağırlık olmadan bırakılır ve hızlanmasına izin verilir. Daha sonra sepete uygulanan kuvveti arttırmak için sepete daha fazla ağırlık konulur.

• İvmeyi önceki durumla karşılaştırın, artıp azalmadığını belirtin. Sepete daha fazla ağırlık eklemeyi tekrarlayabilir ve arabanın ivmesini gözlemleyebilirsiniz.
• Artıyor mu yoksa azalıyor mu belirtin.
• Sonuçlarınızı analiz edin ve Newton'un ikinci yasasına katılıp katılmadıklarını söyleyin.

İlgi makaleleri

Newton'un ikinci yasasına örnekler.

Newton'un birinci yasası.

Newton'un ikinci yasasına örnekler.

Referanslar

1. Alonso M., Finn E. 1970. Fizik cilt I: Mekanik. Inter-American Eğitim Fonu SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Kavramsal Fiziksel Bilim. Beşinci baskı. 41-46.
3. Genç, Hugh. 2015. Modern Fizikle Üniversite Fiziği. 14. Baskı Pearson. 108-115.