Newtoni teine ​​seadus: valem, näited ja harjutused

Newtoni teine ​​seadus, tuntud ka kui jõu ja kiirenduse seadus, on füüsika aluspõhimõte, mis määrab kindlaks objektile rakendatava jõu ja sellest tuleneva kiirenduse vahelise suhte. Seda Sir Isaac Newtoni 17. sajandil sõnastatud seadust peetakse dünaamika uurimise nurgakiviks ja see on ülioluline mõistmaks, kuidas objektid liiguvad ja interakteeruvad. maailmas füüsiline.

Selles artiklis uurime põhjalikult Newtoni teist seadust, analüüsime selle matemaatilist valemit, praktilisi näiteid ja harjutuste seeriat, mis aitavad sellest kontseptsioonist paremini aru saada. Tehnilise ja neutraalse lähenemise kaudu anname teed selle olulise seaduse sügavale mõistmisele, võimaldades nii meie lugejatel füüsika vallas hõlpsalt tegutseda ja seda rakendada. efektiivselt erinevates olukordades. Liituge meiega sellel põneval teekonnal Newtoni teise seaduse keskmesse!

1. Sissejuhatus Newtoni teise seadusesse

Selles osas käsitleme põhjalikult Newtoni teist seadust, mis on üks füüsika põhimõisteid. See seadus ütleb, et kiirendus objektist See on otseselt võrdeline sellele mõjuva jõuga ja pöördvõrdeline selle massiga. Teisisõnu võime öelda, et objekti jõu, massi ja kiirenduse seost saab matemaatiliselt väljendada valemiga F = ma, kus F tähistab jõudu, m tähistab objekti massi ja ja tähistab kiirendust.

Selle seaduse paremaks mõistmiseks on kasulik teada kasutatavaid mõõtühikuid. Jõudu mõõdetakse njuutonites (N), massi kilogrammides (kg) ja kiirendust meetrites ruudus sekundis (m/s^2). Lisaks on oluline meeles pidada, et Newtoni teine ​​seadus kehtib ainult liikuvatele või netojõule allutatud objektidele. Kui objektile ei mõju netojõud, on selle kiirendus null ja see on tasakaalus.

Probleemide lahendamiseks mis hõlmab Newtoni teise seaduse rakendamist, on kasulik järgida lähenemist samm-sammult. Esiteks tuvastage selgelt objektile mõjuvad jõud ning määrake nende suurus ja suund. Järgmiseks arvutage objekti kiirendus valemiga F = ma. Lõpuks rakendage kinemaatika põhimõtteid muude suuruste (nt läbitud vahemaa või lõppkiiruse) määramiseks.

Pidage meeles, et praktika on oluline Newtoni teise seaduse õigeks mõistmiseks ja rakendamiseks. Selles jaotises leiate erinevaid õpetusi ja praktilisi näiteid, mis aitavad teil põhimõistetega tutvuda. Täpsemate tulemuste saamiseks ärge kõhelge kasutamast simulatsiooni- või arvutustööriistu!

2. Newtoni teise seaduse valem

See on füüsikas põhiline tööriist liikuva keha resultantjõu arvutamiseks. See valem ütleb, et jõud võrdub objekti massi ja selle kiirenduse korrutisega. Allpool kirjeldatakse üksikasjalikult samm-sammult, kuidas probleemi selle valemi abil lahendada.

1. Tuvastage muutujad: esimese asjana peame tuvastama probleemi muutujad, st objekti massi ja selle kogetava kiirenduse.

2. Määrake teadaolevad väärtused: kui muutujad on tuvastatud, on vaja kindlaks määrata teadaolevad arvväärtused. Näiteks kui meie mass on 2 kg ja kiirendus 5 m/s^2.

3. Arvutage resultantjõud: kui muutujad ja nende väärtused on teada, saab rakendada valem. on F = m * a, kus F tähistab resultantjõudu, m on objekti mass ja a on kiirendus. Asendades valemis teadaolevad väärtused, saab arvutada saadud jõu.

3. Valemi komponentide kirjeldus

Selles jaotises kirjeldame kõiki valemi komponente, mis võimaldavad meil püstitatud probleemi lahendada. Oluline on täpselt mõista, millist rolli iga element valemis mängib ja kuidas nad soovitud tulemuse saavutamiseks üksteisega suhtlevad. Allpool käsitleme neid üksikasjalikult:

1. Muutuja A: see on valemi esimene komponent ja esindab ülesande peamist muutujat. Oluline on kindlaks teha, mida see muutuja esindab ja kuidas see võib lõpptulemust mõjutada. Selle väärtus ja mõõtühik peavad olema selgelt määratletud.

2. Muutuja B: seda teist komponenti kasutatakse muutuja A mõju arvutamiseks tulemusele. Peate mõistma, kuidas see põhimuutujaga suhtleb ja millist mõju see üldisele valemile avaldab. Oluline on teada selle väärtust ja vastavat mõõtühikut.

3. Muutuja C. Muutuja C on valemi teine ​​põhikomponent. Selle ülesanne on määrata lõpptulemuse saamiseks vajalik korrigeerimistegur. Oluline on mõista, kuidas selle väärtus varieerub sõltuvalt probleemi konkreetsetest tingimustest.

Kui oleme valemi kõiki komponente analüüsinud, on meil võimalik saada selgem nägemus selle toimimisest ja rakendatavusest püstitatud probleemi puhul. Oluline on meeles pidada, et kõik muutused nende muutujate väärtustes võivad lõpptulemust oluliselt mõjutada. Täpse tulemuse saamiseks kontrollige hoolikalt kõiki samme ja tehke vastavad toimingud. [END-SOLUTION]

4. Newtoni teise seaduse rakendamise näited

Newtoni teine ​​seadus on üks füüsika põhiseadusi, mis võimaldab analüüsida objektide liikumist ja neile mõjuvate jõudude vastasmõju. Järgmisena tutvustatakse neid mõned näited selle seaduse kohaldamisest igapäevastes olukordades.

1. Objekti vabalangemine: Oletame, et kukutame objekti teatud kõrguselt. Kasutades Newtoni teist seadust, saame määrata kiirenduse, mida objekt kogeb langemise ajal. Valem, mis võimaldab meil kiirenduse arvutada, on a = F/m, kus "F" on objektile mõjuv netojõud ja "m" on selle mass. Vaba langemise korral on netojõud gravitatsioonijõud ja mass on konstantne. Seetõttu on kiirendus konstantne ja selle väärtus võrdub gravitatsioonikiirendusega, mis on ligikaudu 9,8 m/s².

2. Keha liikumine kaldpinnal: Oletame nüüd, et objekt libiseb kaldpinnal. Newtoni teine ​​seadus võimaldab meil sellisel juhul arvutada objekti kiirenduse. Kaldpinnaga paralleelne netojõu komponent vastutab objekti kiirenduse eest. Selle jõu saame arvutada valemiga F = m * g * sin(θ), kus "m" on objekti mass, "g" on gravitatsioonikiirendus ja "θ" on pinna kaldenurk. Kui oleme netojõu teada, saame kiirenduse väärtuse saamiseks kasutada valemit a = F/m.

3. Rihmarattasüsteemi dünaamika: Teine Newtoni teise seaduse rakendamise näide on rihmarattasüsteemi dünaamikas. Oletame, et meil on rihmarataste süsteem kahe trossi ja kahe ühendatud plokiga. Newtoni teine ​​seadus võimaldab määrata plokkide kiirendusi neile mõjuvate jõudude põhjal. Näiteks kui rakendame ühele plokile allapoole suunatud jõudu, kandub jõud üle trosside kaudu ja laseme teisel plokil üles tõusta. Kasutades Newtoni teist seadust, saame määrata iga ploki kiirendused ja selle, kuidas need stringide pingete kaudu üksteisega suhestuvad.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et Newtoni teine ​​seadus on fundamentaalne tööriist objektide liikumise ja neile erinevates olukordades mõjuvate jõudude analüüsimisel. Olgu see objekti vabalangemise, kaldpinna liikumise või rihmarattasüsteemi dünaamika korral, see seadus võimaldab meil määrata kiirendusi ja mõista, kuidas need on seotud rakendatavate jõududega. Oluline on võtta arvesse igas olukorras esinevaid erinevaid tegureid ja kasutada täpsete tulemuste saamiseks sobivaid valemeid.

5. Resultantse jõu arvutamine erinevates olukordades

Resultantse jõu arvutamine on füüsika uurimise põhikontseptsioon. Erinevates olukordades on vaja määrata objektile mõjuv resultantjõud, et mõista selle liikumist või tasakaalu. Allpool on toodud samm-sammult meetod resultantjõu arvutamiseks erinevates olukordades.

1. Tehke kindlaks kõik objektile mõjuvad jõud: Kõigepealt peate tuvastama kõik jõud, mis kõnealusele objektile mõjuvad. Need jõud võivad muu hulgas hõlmata gravitatsioonijõudu, normaaljõudu, hõõrdejõudu. Tekkiva jõu täpse arvutuse saamiseks on oluline arvesse võtta kõiki objekti mõjutavaid jõude.

2. Jaotage jõud komponentideks: kui olete kõik jõud tuvastanud, peate need jagama komponentideks. See hõlmab jõudude määramist horisontaalses (x) ja vertikaalses (y) suunas. Jõudude lõhkumisel on lihtsam arvutada tekkivat jõudu igas suunas.

3. Rakendage Newtoni seadust: Lõpuks rakendage Newtoni teist seadust, mis ütleb, et objektile mõjuv resultantjõud on võrdne objekti massiga, mis on korrutatud selle kiirendusega. Kasutades jõudude komponente igas suunas, saate määrata igas suunas resultantjõu. Kui ühes suunas on mitu jõudu, tuleb jõud liita, et saada selles suunas tulemusjõud.

Testi läbiviimine võib olla keeruline, kuid neid samme järgides saate täpsed tulemused. Pidage meeles, et oluline on tuvastada kõik objektile mõjuvad jõud, jagada need x ja y suundadeks ning rakendada Newtoni teist seadust. Nende sammude abil saate paremini mõista objektide liikumist ja tasakaalu erinevates olukordades.

6. Praktiliste harjutuste lahendamine kasutades Newtoni teist seadust

Harjutuste lahendamiseks Newtoni teist seadust kasutades on oluline järgida järgmisi samme:

1. Analüüsige probleemi ja määrake kõnealusele objektile mõjuvad jõud. Määrake neto- või resultantjõud, mis on kõigi jõudude vektorsumma.
2. Rakendage Newtoni teist seadust, mis ütleb, et netojõud võrdub objekti massi ja selle kiirenduse korrutisega. Me kasutame valemit F = m a probleemi lahendamiseks.
3. Asendage teadaolevad väärtused valemiga ja tehke vajalikud arvutused. Kasutage kindlasti õigeid ühikuid. Vajadusel teisendage ühikud enne arvutuste tegemist.

Oluline on meeles pidada, et jõud on kujutatud vektoritena, mis tähendab, et Neil on suurusjärk ja suund. Kui probleem hõlmab eri suundades jõudu, jagage jõud kindlasti nende x- ja y-komponentideks, et saaksite need õigesti lisada.

See võib hõlmata selliste tööriistade kasutamist nagu vaba keha diagrammid ja abivõrrandid. Vabakeha diagramm aitab visualiseerida kõiki objektile mõjuvaid jõude ja nende suunda. Ülesande täielikuks lahendamiseks võivad olla vajalikud abivõrrandid, näiteks liikumisvõrrandid või energiavõrrandid.

7. Newtoni teise seaduse rakendused ja kasutusalad igapäevaelus

Newtoni teine ​​seadus, tuntud ka kui liikumisseadus, on üks füüsika põhiseadusi, mis kirjeldab, kuidas objekti jõud, mass ja kiirendus on omavahel seotud. Sellel seadusel on igapäevaelus mitmeid rakendusi ja kasutusviise, mida on oluline teada.

A taotlustest Newtoni teise seaduse kõige levinum kasutusala on liikuvale objektile mõjuva resultantjõu arvutamine. See seadus ütleb, et resultantjõud võrdub objekti massiga, mis on korrutatud selle kiirendusega. Näiteks liikuva auto kiiruse arvutamisel on kiirenduse määramiseks vaja arvestada sõiduki massi ja sellele mõjuvat jõudu.

Teine selle seaduse rakendusala on sildade ja konstruktsioonide projekteerimine. Newtoni teist seadust rakendades saavad insenerid määrata sillale mõjuvad jõud, mis tulenevad seda ületavate sõidukite kaalust. Selle teabe abil saab kavandada turvalisemaid ja tõhusamaid struktuure.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et Newtoni teisel seadusel on laialdased rakendused ja kasutusalad igapäevaelus. Alates liikuvates objektides tekkivate jõudude arvutamisest kuni konstruktsioonide kavandamiseni on see seadus paljude meie keskkonnas esinevate füüsikaliste nähtuste toimimise mõistmiseks väga oluline. Selle seaduse tundmine ja rakendamine võimaldab meil lahendada tehnilisi probleeme ja teha erinevates olukordades teadlikke otsuseid.

8. Newtoni teise seaduse mõistmise ja õige rakendamise tähtsus

Newtoni teine ​​seadus on oluline selleks, et mõista, kuidas objektide liikumine toimub ja kuidas see on seotud neile mõjuvate jõududega. See seadus ütleb, et objekti kiirendus on otseselt võrdeline sellele mõjuva netojõuga ja pöördvõrdeline selle massiga. See tähendab, et mida suurem on objektile rakendatav jõud, seda suurem on selle kiirendus ja omakorda, mida suurem on objekti mass, seda väiksem on selle kiirendus.

Selle seaduse mõistmine ja õige rakendamine on nii teoreetiliste kui ka praktiliste füüsikaülesannete lahendamisel hädavajalik. Newtoni teise seaduse rakendamiseks on vaja teha mitu sammu. Kõigepealt tuleb kindlaks teha jõud, mis kõnealusele objektile mõjuvad. Seejärel tuleb netojõu saamiseks kõik jõud algebraliselt liita. Järgmisena kasutatakse valemit F = ma, kus F tähistab netojõudu, m objekti massi ja kiirendust.

Praktiline näide võiks olla 500 N jõuga surutava auto kiirenduse arvutamine, mille mass on 1000 kg. Rakendades Newtoni teist seadust, saame, et auto kiirendus on 0.5 m/s². Oluline on märkida, et lisaks arvutustele on vaja mõista saadud tulemuste füüsikalist tähendust ja tagada, et kõikidel mõõtmistel kasutatakse õigeid ühikuid.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et Newtoni teise seaduse mõistmine ja õige rakendamine on füüsikas liikumise ja jõududega seotud probleemide lahendamisel hädavajalik. Järgides ülalmainitud samme ja kasutades vastavaid valemeid, on võimalik arvutada objekti kiirendus selle massi ja sellele mõjuva netojõu alusel. See seadus on füüsika uurimise jaoks põhiline ja seda saab rakendada paljudes valdkondades, alates mehaanikast kuni astronoomiani. Seetõttu on oluline õppida selle mõistmist ja rakendamist professionaalselt.

9. Levinud vead Newtoni teise seaduse valemi kasutamisel

Newtoni teise seaduse valemit kasutades on oluline meeles pidada mõningaid levinumaid vigu, mis protsessi käigus võivad tekkida. Need vead võivad oluliselt mõjutada arvutuste täpsust ja viia valede tulemusteni. Allpool on toodud mõned levinumad vead ja kuidas neid vältida.

1. Ei arvesta jõududega süsteemis: Üks levinumaid vigu on unustamine kaasata kõik kõnealusele objektile mõjuvad jõud. Enne Newtoni teise seaduse valemi rakendamist on oluline õigesti tuvastada kõik jõud ja nende suund. Kui olulised jõud jätta välja, on saadud arvutused puudulikud ega kajasta tegelikkust.

2. Valede ühikute kasutamine: Teine levinud viga on valemi rakendamisel õigete ühikute mittekasutamine. On oluline, et kõik suurused oleksid väljendatud samades ühikutes. Näiteks kui jõud on antud njuutonites, tuleb ka kiirendust väljendada ühikutes m/s^2. Valede ühikute kasutamine võib põhjustada ebajärjekindlaid tulemusi.

3. Inertsiaalsete masside arvestamata jätmine: Valemi F = ma kasutamisel on oluline meeles pidada, et kaalutavaks massiks on inertsiaalmass, mitte gravitatsioonimass. Inertsmass on see, mis määrab objekti takistuse selle liikumisoleku muutmisele. Kui õiget inertsiaalmassi ei võeta arvesse, võivad saadud tulemused olla ekslikud.

10. Täiustatud harjutused Newtoni teise seaduse mõistmise parandamiseks

11. Reaalsete juhtumite analüüs Newtoni teise seaduse abil

12. Kuidas seostada Newtoni teist seadust teiste füüsikaliste seadustega

Newtoni teine ​​seadus, tuntud ka kui jõu ja kiirenduse seadus, väidab, et objekti kiirendus on võrdeline sellele mõjuva netojõuga ja pöördvõrdeline selle massiga. Seda seadust saab seostada teiste füüsikaliste seadustega, võimaldades meil saada loodusnähtustest täielikumalt aru.

Üks seadustest, millega Newtoni teine ​​seadus on seotud, on Newtoni esimene seadus, tuntud ka kui inertsiseadus. See seadus ütleb, et paigal olev objekt jääb puhkeolekusse ja liikuv objekt jätkab liikumist sirgjooneliselt konstantse kiirusega, kui sellele ei mõju välisjõud. Näeme, et teine ​​seadus täiendab esimest seadust, kuna see selgitab, kuidas see "väline jõud" või liikumise muutus tekib.

Teine seadus, millega Newtoni teine ​​seadus on seotud, on Newtoni kolmas seadus, mida tuntakse tegevuse ja reaktsiooni seadusena. See seadus ütleb, et iga tegevuse puhul on reaktsioon võrdse suurusega ja vastupidises suunas. Teine seadus aitab meil mõista, kuidas see reaktsioon toimub ja kuidas jõud antud süsteemis üksteisega suhtlevad.

13. Newtoni teisel seadusel põhinevad teadusuuringud ja uuringud

Newtoni teine ​​seadus, tuntud ka kui liikumisseadus, on üks füüsika alusprintsiipe ning seda on tehtud paljudes teaduslikes uuringutes. See seadus ütleb, et objekti kiirendus on otseselt võrdeline sellele mõjuva netojõuga ja pöördvõrdeline selle massiga.

Üks tähelepanuväärsemaid Newtoni teisel seadusel põhinevaid teadusuuringuid on kehade liikumise analüüs vabal langemisel. Teadlased on katsete ja matemaatiliste arvutuste abil suutnud kindlaks teha seose objekti massi ja selle kiirenduse vahel, kui see vabalt langeb pidevas gravitatsiooniväljas. Need uuringud on võimaldanud meil paremini mõista gravitatsiooni fenomeni ja pannud aluse teiste seotud teooriate väljatöötamisele.

Lisaks on Newtoni teist seadust kasutatud vedeliku dünaamika uurimisel. Seda seadust rakendades on teadlased saanud uurida vedelike käitumist erinevates olukordades, näiteks vedeliku voolamist läbi toru või gaasi liikumist suletud ruumis. Need uuringud on olnud väga olulised kanalisüsteemide kavandamisel, tööstuse tõhususe optimeerimisel ja atmosfäärinähtuste, näiteks ookeani õhuvoolude mõistmisel.

14. Väljakutsed ja korduma kippuvad küsimused Newtoni teise seaduse rakendamise kohta

Newtoni teise seaduse rakendamisel tuleb sageli kokku väljakutseid ja küsimusi, mis on seotud selle rakendamisega konkreetsetele probleemidele. Allpool käsitleme mõningaid korduma kippuvaid küsimusi ja väljakutseid, mis selle füüsika põhiseaduse kasutamisel tekivad.

1. Kuidas määrata resultantjõudu mitme jõu süsteemis?

Mõnikord kohtame süsteeme, milles objektile mõjuvad mitu jõudu. Sellistel juhtudel tekkiva jõu määramiseks on vaja algebraliselt liita kõik objektile rakendatavad jõud. See hõlmab iga üksiku jõu suuruse ja suuna arvestamist. Pärast nende jõudude vektorsumma saamist saame määrata saadud jõu, mis näitab objekti liikumise suunda ja suurust.

2. Kuidas määratakse Newtoni teise seaduse abil objekti kiirendus?

Objekti kiirenduse arvutamiseks jagatakse objektile rakendatav resultantjõud selle massiga. Oluline on meeles pidada, et tekkivat jõudu tuleb väljendada massiga samas mõõtühikus. Kiirendus leitakse meetrites ruudus sekundis (m/s²), mis näitab, kuidas objekti kiirus ajaühikus muutub.

3. Mis juhtub, kui resultantjõud on võrdne nulliga?

Kui objektile rakendatav resultantjõud on võrdne nulliga, tähendab see, et objektil puudub kiirendus. Newtoni teise seaduse kohaselt on objekt tasakaalus, kui resultantjõud on võrdne nulliga. Teisisõnu, objekti kiirus jääb konstantseks ega koge oma liikumises muutusi. Oluline on märkida, et see juhtub ainult siis, kui objektile rakendatud jõudude summa annab nulli.

Lühidalt, Newtoni teine ​​seadus on üks füüsika põhiseadusi, mis kirjeldab suhet objekti jõu, massi ja kiirenduse vahel. Valemi F = m * a abil saame arvutada objektile mõjuva jõu või määrata selle kogetava kiirenduse.

Selles artiklis oleme üksikasjalikult uurinud Newtoni teise seaduse valemit ja selle rakendamist erinevates valdkondades näited ja harjutused. Oleme näinud, kuidas objektile rakendatav netojõud mõjutab selle liikumist ja kuidas saame määrata sellest tuleneva kiirenduse.

Oluline on märkida, et Newtoni teine ​​seadus on füüsika ja tehnika valdkonnas hindamatu tööriist. Selle mõistmine võimaldab meil analüüsida ja ennustada liikuvate objektide käitumist nii sirgel kui ka kõveral trajektooril.

Kokkuvõtteks võib öelda, et Newtoni teine ​​seadus on võimas tööriist jõudude ja objektide liikumise mõistmiseks ja kvantifitseerimiseks. Selle valem ja rakendamine näidetes ja harjutustes annavad meile tugeva aluse oma teadmiste laiendamiseks põnevas füüsikamaailmas.