Решение задач по теме "Законы Ньютона"

Решение задач по теме "Законы Ньютона"

9 класс

Коваленко И. В.

Фронтальный опрос по вопросам:

• 1 закон Ньютона
• 2 закон Ньютона
• 3 закон ньютона

Система отсчёта связана с автомобилем. Будет ли она инерциальной, если автомобиль движется:

А. Равномерно и прямолинейно по горизонтальному шоссе;

В. Ускоренно по горизонтальному шоссе;

C. Равномерно, поворачивая на улицу, расположенную под прямым углом;

D. Равномерно в гору;

E. Равномерно с горы;

F. Ускоренно с горы.

Ответ:  в случаях A, D, E.

На рисунке график показывает, как менялся с течением времени модуль скорости автомобиля. В какие промежутки времени все силы, приложенные к автомобилю, были скомпенсированы? В какие промежутки времени равнодействующая всех приложенных к автомобилю сил была отлична от нуля?

от t 1  до t 2  и

от t 3  до t 4  R=0;

от 0 до t 1  и

от t 2  до t 3  R  0 

Второй закон Ньютона

F = a  m

F = ∆  /∆t  m

Какую скорость приобретает тело массой 3 кг под действием силы, равной 9 Н, по истечении 5 с?

F = a  m

F = ∆  /∆t  m

∆  = (F  ∆t)/m

∆  = (9  5)/ 3 = 15 (м/с)

Ответ: 15 м/c.

Задача 1.

• Как объяснить, что бегущий человек, споткнувшись, падает в направлении своего движения, а поскользнувшись, падает в направлении, противоположном направлению своего движения?

Решение:

• Первое и второе явление легко объясняется на основании первого закона Ньютона. Бегущий человек, споткнувшись, падает в направлении своего движения потому, что ноги человека замедляют движение, а туловище сохраняет прежнее состояние движения по инерции.
• Человек падает назад потому, что в то время, как ноги начинают быстрее скользить вперед, туловище ещё движется по инерции.

Задача 2.

Парашютист падает с постоянной по модулю скоростью.

Чему равен модуль силы сопротивления воздуха при этом движении?

Решение:

• Движение парашютиста равномерное и прямолинейное, поэтому, на основании 1 закона Ньютона, все силы, действующие на парашютиста, компенсируются. Так как парашютист движется под действием силы тяжести, то сила сопротивления воздуха по модулю равна силе тяжести парашютиста и противоположно направлена.

Задача 3.

• Как направлено ускорение самолета, если на него действует 4 силы: по вертикали - сила тяжести 200 кН и подъемная сила 210 кН. По горизонтали: сила тяжести мотора 20 кН и сила лобового сопротивления воздуха 10 кН.
• Чему равна равнодействующая всех сил?

Дано:

Решение:

F 1  = 2  10  5  H

R 1  = F 2  + F 1

F 2  = 2,1  10  5  H

F 3  = 2  10  4  H

R 1  = F 2  - F 1 , (по вертикали)

R 1  = 2,1  10 5  - 2  10 5  = 0,1  10 5 =

F 4  =10  4  H

= 10 4 (Н)

Найти:

R 2  = F 3  + F 4

R-?

R 2  = F 3  - F 4 , (по горизонтали)

R 2  = 2  10  4  - 10  4  = 10  4  (H)

Найдем равнодействующую всех сил, пользуясь правилом параллелограмма:

  =  + 

Так как катеты равны, то равнодействующая всех сил направлена под углом 45° к горизонту. Модуль силы R вычислим с помощью теоремы Пифагора: R =

R =  =1, 4  10  4  (Н)

Ответ : Равнодействующая всех сил направлена под углом 45° к горизонту и равна 1,4  10  4  Н.

Задача 4.

• Под действием силы в 20 Н материальная точка движется с ускорением а = 0,4 м/с 2 .
• С каким ускорением будет двигаться точка под действием силы в 50 Н?

Дано:

F 1  = 20 H

Решение:

Движение материальной точки является равноускоренным.

a 1  = 0, 4 м/с

F 2  = 50 H

По второму закону Ньютона можно определить массу материальной точки.

m = ; m =  =

Найти:

а 2  -?

а 2 = ;

а 2 = (0,4  50)/20 = 1 (м/с 2 ).

Ответ : а 2  = 1 м/с 2 .

Задача 5.

• К пристани причаливают две одинаковые лодки. Лодочники подтягиваются к берегу с помощью веревок. Противоположный конец первой веревки привязан к столбу на пристани; за противоположный конец второй веревки тянет матрос, стоящий на пристани. Все трое прилагают одинаковые усилия. Какая лодка причалит раньше?

Решение

• Обе лодки причалят одновременно. По третьему закону Ньютона каждому действию есть равное противодействие. С какой силой лодочники тянут за один конец веревки, с такой же силой второй конец веревки действует на столб и на матроса.
• Другими словами, столб "тянет" конец веревки с такой же силой, с какой ее тянет матрос, стоящий на пристани.

Задача 6.

• На тело массой 2160 кг, лежащее на горизонтальной дороге, действует сила, под действием которой тело за 30 секунд пройдет расстояние 500 метров. Найти величину этой силы.

  ; 

Дано:

Решение:

m = 2160 кг

F = ma

t = 30 c

  ;  

S = 500 м

,

Найти:

F-?

Ответ : 2400 Н.

Самостоятельная работа

Вариант 1.

№ 1. Действие на тело сил компенсируется в том случае, когда:  Воздушный шар, поднявшись на максимальную высоту, покоится  Вертолет поднимается равномерно вверх  Парашютист равномерно опускается вниз  Во всех перечисленных случая  Ни один из ответов не подходит.

№ 2. К бруску, находящемуся на горизонтальной плоскости, приложено несколько сил, как показано на рисунке. Скорость движения тела:  Не изменяется  Возрастает  Убывает  Вскоре тело остановится и будет двигаться в обратном направлении  Правильного ответа нет.

№ 3. Шар массой m сталкивается с шаром массой 4m. В момент столкновения действуют силы:  На шар 4m большая по модулю сила  На шар m меньшая по модулю сила  Равные по модулю и противоположные по направлению силы  Обратно пропорциональные массам шаров и противоположно направленные силы  мало данных в задаче.

№ 4. Автомобиль массой 3 т за 15 с от начала движения развил скорость 9 м/с. Определите силу, сообщающую ускорение автомобилю.  1 кН  180 Н  1,8 кН  1,8 Н  18 Н.

№ 5. Электровоз развивает силу тяги 180 кН. Масса поезда 1200 т. На каком участке пути скорость поезда возрастает от 18 км/ч до 36 км/ч?  150 м  175 м  200 м  225 м  Правильного ответа нет.

Вариант 2.

№ 1. Если действие на тело всех сил компенсируется, то тело:  Движется с уменьшением скорости  Скоро остановится  Движется с увеличением скорости  Движется с постоянной по модулю скоростью  Правильного ответа нет.

№ 2. На рисунке изображены силы, действующие на тело, движущееся

по горизонтальной поверхности. Скорость движения тела:  Не изменяется  Возрастает  Убывает  Вскоре тело остановится и будет двигаться в обратном направлении  Правильного ответа нет.

№ 3. К двум тележкам приложены одинаковые по модулю силы, направленные вдоль одной прямой в противоположные стороны. Тела движутся:  С одинаковыми по модулю и противоположно направленными скоростями  Отношение модулей скоростей равно отношению их масс  С ускорениями, направленными в противоположные стороны; отношение модулей ускорений равно обратному отношению масс тел  С одинаковыми по модулю ускорениями  Правильного ответа нет.

№ 4. Поезд массой 1500 т увеличил скорость от 5 м/с до 10 м/с за 3 мин. Определите силу, сообщающую поезду ускорение.  4170 Н  417 кН  41,7 кН  4,17 кН  417 Н.

№ 5. Автомобиль массой 1000 кг останавливается при торможении за 5 с, пройдя путь 50 м. Определите начальную скорость автомобиля и силу торможения.  2 м/с; 40 кН  10 м/с; 4 кН  5 м/с; 2 кН  20 м/с; 4 кН  Правильного ответа нет.

Домашнее задание

Оформить самостоятельную работу в тетрадях.