Класс!ная физика

Занимательные фишки - 7 класс Занимательные фишки - 8 класс Занимательные фишки - 9 класс 10-11 класс Диафильмы по физике


Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона»

«Физика - 10 класс»

Познакомимся с задачами, для решения которых не нужно знать, как зависят силы от расстояний между взаимодействующими телами (или частями одного тела) и от их скоростей. Единственное, что нам потребуется, — это выражение для силы тяжести вблизи поверхности Земли: τ = m.


Задача 1.


К центру однородного шарика массой m = 0,2 кг приложена сила F = 1,5 Н. Определите модуль и направление силы 1, которую необходимо приложить к центру шарика помимо силы , чтобы шарик двигался с ускорением а = 5 м/с2, направленным так же, как и сила (рис. 2.17).


Р е ш е н и е.


На шарик действуют две силы: сила и искомая сила 1.
Поскольку модуль и направление силы неизвестны, можно изобразить на рисунке сначала только силу (см. рис. 2.17).
Согласно второму закону Ньютона m = + 1.
Отсюда 1 = m - .
Так как векторы m и в любой момент времени должны быть расположены на одной прямой, то и сила 1, являясь их разностью, расположена на той же прямой.

Таким образом, искомая сила может быть направлена либо так же, как сила , либо противоположно ей.
Чтобы определить модуль и направление силы 1, найдём её проекцию на ось X, направление которой совпадает с силой .
Учитывая, что Fx = F и аx = а, выражение для силы 1 в проекциях на ось X можно записать в виде F1x = mа - F.

Проанализируем последнее выражение.
Если mа > F, то F1x > 0, т. е. сила 1 направлена так же, как и ось X.
Если же mа < F, то F1x < 0, т. е. сила F1 направлена противоположно направлению оси X. Для рассматриваемого случая

F1x - 0,2 • 5Н - 1,5 Н = -0,5 Н.

Следовательно, сила F1 направлена противоположно оси X (рис. 2.18).




Задача 2.


В результате полученного толчка брусок начал скользить вверх по наклонной плоскости из точки О с начальной скоростью υ0 = 4,4 м/с. Определите положение бруска относительно точки О через промежуток времени t1 — 2 с после начала его движения, если угол наклона плоскости к горизонту α = 30°. Трение не учитывайте.


Р е ш е н и е.


Поскольку требуется найти положение бруска относительно точки О, начало координат возьмём в этой точке. Ось X направим вдоль наклонной плоскости вниз, а ось Y — перпендикулярно этой плоскости вверх (рис. 2.19). При движении бруска на него действуют две силы: сила тяжести m и сила реакции опоры наклонной плоскости, перпендикулярная последней. Эту силу иногда называют силой нормальной реакции. Она всегда перпендикулярна поверхности, на которой находится тело.

Согласно второму закону Ньютона m = m + . Так как на брусок действуют постоянные силы, то вдоль оси X он будет двигаться с постоянным ускорением. Следовательно, чтобы определить положение бруска относительно точки О, можно воспользоваться кинематическим уравнением

При сделанном выборе направления оси X и начала координат имеем х0 = 0 и υ0x = -υ0. Проекцию ускорения ах на ось X найдём по второму закону Ньютона. Для рассматриваемого случая mах = mgx + Nx. Учитывая, что gx = g sinα и Nx = 0, получим ах = g sinα. Таким образом,


Задача 3.


Два тела массами m1 = 10 г и m2 = 15 г связаны нерастяжимой и невесомой нитью, перекинутой через невесомый блок, установленный на наклонной плоскости (рис. 2.20). Плоскость образует с горизонтом угол α = 30°. Определите ускорение, с которым будут двигаться эти тела. Трение не учитывайте.


Р е ш е н и е.


Предположим, что тело массой m1 перетягивает.
Выберем оси координат так, как показано на рисунке 2.21.
В проекциях на оси Х1 и X уравнения движения тел запишем в виде:

m1ax1 = m1g - Т1,

m2ах = Т2 — m2g sinα,

х| =|ax1|, так как нить нерастяжима.

Силы натяжения нити равны, так как нить и блок невесомы.
Сложив левые и правые части уравнении, получим
Так как ах > 0, то движение тел происходит в выбранном направлении.


Задача 4.


Автомобиль массой т = 1000 кг движется со скоростью v = 36 км/ч по выпуклому мосту, имеющему радиус кривизны R = 50 м. С какой силой F давит автомобиль на мост в его середине? С какой минимальной скоростью umin должен двигаться автомобиль для того, чтобы в верхней точке он перестал оказывать давление на мост?


Р е ш е н и е.


Силы, действующие на автомобиль вдоль радиуса моста, изображены на рисунке 2.22:
m — сила тяжести;
— сила нормальной реакции моста.
По третьему закону Ньютона искомая сила давления равна по модулю силе реакции моста .
При движении тела по окружности всегда направляем одну из осей координат от тела к центру окружности.
Согласно второму закону Ньютона центростремительное ускорение автомобиля определяется суммой сил, действующих на него вдоль радиуса окружности, по которой он движется:

2/R = mg - N.

Отсюда

F = N = m(g - υ2/R) = 7,8 кН.

Сила давления на мост станет равной нулю при mυ2min/R = mg, так что υmin = 80 км/ч.
При скорости, превышающей υmin, автомобиль оторвётся от поверхности моста.


Источник: «Физика - 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский




Динамика - Физика, учебник для 10 класса - Класс!ная физика

Основное утверждение механики --- Сила --- Инертность тела. Масса. Единица массы --- Первый закон Ньютона --- Второй закон Ньютона --- Принцип суперпозиции сил --- Примеры решения задач по теме «Второй закон Ньютона» --- Третий закон Ньютона --- Геоцентрическая система отсчёта --- Принцип относительности Галилея. Инвариантные и относительные величины --- Силы в природе --- Сила тяжести и сила всемирного тяготения --- Сила тяжести на других планетах --- Примеры решения задач по теме «Закон всемирного тяготения» --- Первая космическая скорость --- Примеры решения задач по теме «Первая космическая скорость» --- Вес. Невесомость --- Деформация и силы упругости. Закон Гука --- Примеры решения задач по теме «Силы упругости. Закон Гука» --- Силы трения --- Примеры решения задач по теме «Силы трения» --- Примеры решения задач по теме «Силы трения» (продолжение) ---



Устали? - Отдыхаем!

Вверх