Der Zweites Gesetz von Newton o Das grundlegende Gesetz der Dynamik legt fest, dass das Objekt in Richtung der resultierenden Kraft beschleunigt wird und umgekehrt proportional zur Masse des Objekts.

Ja F ist die Netzkraft, M Die Masse des Objekts und Zu  Zu = F / M oder auf die üblichste Weise F = M∙Zu

Erklärung des zweiten Gesetzes von Newton. Quelle: Selbst gemacht.

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F = M∙Zu

Sowohl Beschleunigung als auch Kraft müssen aus einem Trägheitsreferenzsystem gemessen werden. Beachten Sie, dass die Masse eine positive Menge ist, sodass die Beschleunigung in die gleiche Richtung wie die resultierende Kraft ist.

Beachten Sie auch, dass, wenn die resultierende Kraft nichtig ist (F = 0) Dann ist die Beschleunigung auch ungültig ( Zu = 0 ) so lange wie M> 0. Dieses Ergebnis ist vollständig mit Newtons erstem Gesetz oder Trägheitsgesetz überein.

Das erste Gesetz von Newton legt Trägheitsreferenzsysteme fest, die sich mit konstanter Geschwindigkeit in Bezug auf ein freies Teilchen bewegen. In der Praxis und zum Zweck der häufigsten Anwendungen wird ein festes Referenzsystem auf den Boden oder die andere, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.

. .

Die Einheit im Internationalen System (SI) für Gewalt ist der Newton (N). Die Masse in (SI) wird in (kg) und Beschleunigung in (m/s "gemessen²). ² .

Gelöste Übungen

Übung 1

Ein Objekt der Masse M wird aus einer bestimmten Höhe freigesetzt und eine Beschleunigung von Sturz von 9,8 m/s² wird gemessen.

Gleiches gilt für eine weitere Masse von M -M -Masse und eine weitere Masse m und eine andere. Das Ergebnis ist immer die Beschleunigung der Schwerkraft, die mit G bezeichnet ist und 9,8 m/s² wert ist. .

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Es wird gebeten, ein Modell für die terrestrische Anziehungskraft (bekannt als Gewicht) zu finden, das mit experimentellen Ergebnissen übereinstimmt.

Lösung

Wir haben ein Trägheitsreferenzsystem (in Bezug auf den Boden festgelegt) mit einer positiven Richtung der vertikalen X -Achse und unten ausgewählt.

Die einzige Kraft, die auf das Massenobjekt wirkt M Es ist die terrestrische Anziehung, diese Kraft wird als Gewicht bezeichnet P, Wie es runter zeigt, ist positiv.

Die vom Massenobjekt erworbene Beschleunigung M Sobald es veröffentlicht ist, ist es a = g , down und positiv.

Wir schlagen Newtons zweites Gesetz vor

P = m a

Was wird das P -Modell so sein, dass die durch das zweite Gesetz vorhergesagte Beschleunigung unabhängig vom Wert von m ist G ist G ? .

m g = m a Wo wir klären: a = g

Wir schließen daraus, dass das Gewicht, die Kraft, mit der die Erde ein Objekt anzieht.

P = m∙G

Übung 2

Ein 2 kg Masseblock ruht auf einem vollständig glatten und horizontalen Boden. Wenn eine 1 N -Kraft angewendet wird, erwirbt die Beschleunigung den Block und welche Geschwindigkeit nach 1 s erfolgt.

Lösung

Das erste ist, ein Trägheitskoordinatensystem zu definieren. Eine wurde mit der x -Achse auf dem Boden und der Achse ausgewählt und senkrecht dazu. Dann wird ein Kräftediagramm gemacht, in dem die Kräfte aufgrund der Wechselwirkungen des Blocks mit seiner Umgebung platziert werden.

Die Kraft P repräsentiert das Gewicht, die Kraft, mit der die Planet Erde den Massenblock m anzieht.

Die Kraft N repräsentiert die Normale, es ist die Aufwärtskraft, die die Oberfläche des Bodens auf dem Block m ausübt. Es ist bekannt, dass N genau auf P ausbalanciert wird, da sich der Block nicht in vertikale Richtung bewegt.

F ist die horizontale Kraft, die auf Block M angewendet wird, die in positive Richtung der X -Achse zeigt.

Die Nettokraft ist die Summe aller Kräfte auf dem Massen -M -Block. Der Summenvektor von F, P und N wird gemacht. Da P und N gleich und umgekehrt sind, stornieren sie sich gegenseitig und die Nettokraft ist F.

Damit die resultierende Beschleunigung der Quotient der Nettokraft zwischen der Masse ist:

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a = f / m = 1 n / 2 kg = 0,5 m / s²

Wenn der Block nach 1s nach 1s beginnt, hat sich seine Geschwindigkeit bei 0,5 m/s um 0 m/s geändert .

Newtons zweite Anwendung von Laws

Die Beschleunigung eines Aufzugs

Ein Junge benutzt ein Badezimmer, um sein Gewicht zu messen. Der Wert, den Sie erhalten, beträgt 50 kg. Dann nimmt der Junge das Gewicht des Aufzugs seines Gebäudes, weil er die Beschleunigung des Starts des Aufzugs messen will. Die Ergebnisse, die beim Start erzielt wurden, sind:

• Die Skala zeichnet ein Gewicht von 58 kg für 1,5 s auf
• Dann wieder 50 kg messen.

Berechnen Sie mit diesen Daten die Beschleunigung des Aufzugs und die Geschwindigkeit, die Sie erwerben.

Lösung

Die Skala misst das Gewicht in einer Einheit genannt Kilogramm_Fuerza. Per Definition ist der Kilogramm_Fuerza die Kraft, mit der die Planet Erde ein Objekt von 1 kg Masse anzieht.

Wenn die einzige Kraft, die auf das Objekt wirkt, sein Gewicht ist, erhält sie eine Beschleunigung von 9,8 m/s². Also entspricht 1 kg_f 9 zu 9.8 n.

Das Gewicht P des Jungen ist dann 50 kg*9.8m/s² = 490 n

Während der Beschleunigung übt die Skala eine Kraft aus N Auf dem 58 kg_f Boy äquivalent zu 58 kg * 9,8 m/s² = 568.4 n.

Die Beschleunigung des Aufzugs wird gegeben durch:

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

Die vom Aufzug nach 1 erworbene Geschwindigkeit.5 s mit 1 Beschleunigung.57 m/s² ist:

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

Die folgende Abbildung zeigt ein Schema der auf den Jungen wirkenden Kräfte:

Die Mayonnaise -Flasche

Ein Kind übergibt die Flasche seines Bruders an seinen Bruder, der sich am anderen Ende des Tisches befindet. Dafür fährt es so an, dass es eine Geschwindigkeit von 3 m/s erhält. Da die Flasche freigelassen wird, bis sie am gegenüberliegenden Ende des Tisches anhält, betrug die Route 1,5 m.

Bestimmen Sie den Wert der Reibungskraft, die die Tabelle auf der Flasche ausübt, und wissen, dass sie eine Masse von 0,45 kg hat.

Lösung

Zuerst bestimmen wir die Bremsbeschleunigung. Dazu werden wir die folgende Beziehung verwenden, die der gleichmäßig beschleunigten geradlinigen Bewegung bereits bekannt ist:

Vf² = vi² + 2 * a * d

Wo Vf ist die endgültige Geschwindigkeit, Gesehen Die Anfangsgeschwindigkeit, Zu Beschleunigung und D Die Verschiebung.

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Die Beschleunigung aus der vorherigen Beziehung ist, wo die Verschiebung der Flasche als positiv angesehen wurde.

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

Die Nettokraft auf der Mayonnaise -Flasche ist die Reibungskraft, da das Normalwert und das Gewicht der Flasche ausgeglichen sind: Fnet = kalt.

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

Kinderversuche

Kinder und Erwachsene können auch einfache Erfahrungen durchführen, die es ihnen ermöglichen, zu überprüfen, ob Newtons zweites Gesetz wirklich im wirklichen Leben funktioniert. Hier sind zwei interessante Gutes:

Experiment 1

Ein einfaches Experiment erfordert ein Badezimmer und einen Aufzug. Nehmen Sie ein Badezimmergewicht zu einem Aufzug und notieren. Berechnen Sie die Beschleunigungen des Aufzugs, die jedem Fall entsprechen.

Experiment 2

1. Nehmen Sie einen Spielzeugwagen, in dem Ihre Räder gut geschmiert sind
2. Halten Sie ein Seil bis zum Extrem.
3. Sichern Sie sich am Rand des Tisches einen Bleistift oder ein anderes zylindrisches und glattes Objekt, an dem das Seil passieren wird.
4. Am anderen Ende des Seils hängt ein kleiner Korb, an den es einige Münzen platziert oder etwas, das zum Gewicht dient.

Das Versuchsschema ist unten gezeigt:

• Lassen Sie den Wagen los und beobachten Sie, wie er beschleunigt.
• Dann erhöhen Sie die Masse des Wagens, indem Sie Münzen darauf legen, oder etwas, das seine Masse erhöht.
• Sagen Sie, wenn die Beschleunigung zunimmt oder abnimmt. Legen Sie mehr Teig auf den Wagen, beobachten Sie, wie er beschleunigt und abschließt.

Dann bleibt der Wagen ohne zusätzliches Gewicht und lässt ihn beschleunigen. Dann wird mehr Gewicht auf den Korb gelegt, um die auf den Wagen angewendete Kraft zu erhöhen.

• Vergleichen Sie die Beschleunigung mit dem vorherigen Fall und geben Sie an, ob er zunimmt oder abnimmt. Sie können dem Korb mehr Gewicht hinzufügen und die Beschleunigung des Wagens beobachten.
• Geben Sie an, ob es zunimmt oder abnimmt.
• Analysieren Sie Ihre Ergebnisse und sagen Sie, ob sie dem zweiten Gesetz von Newton zustimmen oder nicht.

Artikel von Interesse

Beispiele für Newtons zweites Gesetz.

Newtons erstes Gesetz.

Beispiele für Newtons zweites Gesetz.

Verweise

1. Alonso m., Finn e. 1970. Physik Band I: Mechanik. Inter -American Educational Fund s s.ZU. 156-163.
2. Hewitt, p. 2012. Konzeptionelle Physik. FÜNFTE AUSGABE. 41-46.
3. Junge, Hugh. 2015. Universitätsphysik mit moderner Physik. 14. ed. Pearson. 108-115.