בעיות חוק שני 1

שאלות חוק II של ניוטון – גוף בודד

1. נסח את החוק השני של ניוטון?

2. מהי מסה? מהם יחידות המסה בשיטה המטרית?.

3. מהו כוח? מהם יחידות הכוח בשיטה המטרית?

4. גוף שמסתו m נע במהירות v שמאלה. שקול כוחות SF פועל עליו ימינה. מהו גודל ומהו כיוון תאוצת הגוף?

5. החוק ה – I של ניוטון (חוק ההתמדה) הוא מקרה פרטי של החוק ה- II? הסבר!

6. מהי תאוצת גוף בעל מסה m, הנתון להשפעת כוח הכובד בלבד, אם מהירותו אפס, מהירותו כלפי מעלה, מהירותו כלפי מטה, מהירותו אופקית או כאשר יש לו מהירות בזווית כלשהי?

7. על שני גופים, בעלי מסות שונות, פועל כוח שקול זהה בגודלו. למי משני הגופים גודל תאוצה גדול יותר?

8. שני גופים בעלי מסות שונות, קשורים באמצעות חוטים למכונית שמאיצה. איזו מתיחות חוט גדולה יותר?

9. גוף שמסתו m = 3 kg , הנמצא על משטח אופקי , נמשך על-ידי כוח אופקי קבוע F = 15 _N. הנח כי מהירותו ההתחלתית של הגוף הייתה אפס.

א. חשב את מהירות הגוף לאחר 2 שניות, בהנחה שאין חיכוך בין הגוף למשטח.

ב. חשב את מהירות הגוף לאחר 2 שניות, בהנחה שמקדם החיכוך הסטטי והקינטי בין הגוף למשטח הוא m = 0.2.

10. גוף שמסתו m = 5 kg, מונח על משטח אופקי ונמשך על-ידי כוח אופקי F = 10 _N ימינה. מקדמי החיכוך הסטטי והקינטי בין הגוף למשטח הם m = 0.1.

א. מהו גודל הכוח האופקי המינימלי P שיש להפעיל שמאלה על הגוף, כדי שיתחיל בתנועה?

ב. מה תהיה תאוצת הגוף (גודל וכיוון) אם P = 20 _N ?

11. גוף שמסתו m = 3 kg נמשך על שולחן אופקי חלק, על-ידי כוח F = 20 _N, הנטוי בזווית α ביחס לקו אופקי. מתקיים: Sin(α) = 0.8.

א. מהי תאוצת הגוף (גודל וכיוון)?

ב. היכן ימצא הגוף ביחס לנקודת ההתחלה לאחר 3 שניות, אם מהירותו ההתחלתית הייתה 6 m/s שמאלה?

12. גוף שמסתו m = 5 kg נע על משטח אופקי לא חלק. מקדם החיכוך הקינטי בין הגוף למשטח הוא m_k = 0.2. מהירות הגוף ברגע שנקבע כהתחלתי היא v = 6 m/s ימינה.

א. בודד את הגוף וחשב את תאוצת הגוף (גודל וכיוון).

ב. לאחר כמה זמן ייעצר הגוף? מה המרחק שעבר הגוף עד שנעצר?

ג. שאלה מכשילה: לאחר כמה זמן יחזור הגוף לנקודת המוצא?

13. מניחים בול עץ שמסתו m = 5 kg על משטח הנטוי בזווית α = 30° ביחס לקו אופקי. מקדם החיכוך הסטטי והקינטי בין הבול למשטח הוא m = 0.6.

א. בהנחה שהבול משוחרר ממנוחה – מה תהיה תאוצת הבול?

ב. מהי תאוצת הבול, אם מהירותו ההתחלתית בכיוון מטה?

ג. מהי תאוצת הבול, אם מהירותו ההתחלתית לכיוון מעלה?

ד. לפי המודל שלנו – כיצד ישתנו תשובותיך אם נהפוך את בול העץ, כך שהדופן הצר שלו יגע במשטח.

14. מקנים לגוף שמסתו m = 5 kg , הנמצא בתחתית מדרון (משטח נטוי) שזווית שיפועו היא α = 36.87°, מהירות בגודל v = 5 m/s . מקדם החיכוך הסטטי והקינטי בין הגוף למדרון הוא m= 0.5.

א. מהי תאוצת הגוף בזמן העלייה?

ב. מהו זמן העלייה של הגוף? איזה מרחק יעבור הגוף?

ג. מהי תאוצת הגוף בזמן הירידה? מהו זמן הירידה של הגוף?

ד. איזה זמן ארוך יותר – זמן העלייה או זמן הירידה? הסבר.

תוצאות:

1. תאוצת גוף היא שקול הכוחות הפועל על הגוף לחלק למסה שלו. כיוון התאוצה תמיד ככיוון שקול הכוחות!

2. אחת ה"צורות" של מסה של גוף, היא היחס בין הכוח השקול הפועל על גוף לתאוצתו. יש המנסחים את המסה כמידת היכולת של גוף להתנגד לשינוי מהירותו (להתנגד לתאוצה). יחידות המסה הן בסיסיות: ק"ג מסה.

3. כוח מבטא פעולה של דחיפה או משיכה. כוח יכול לגרום לשינוי מהירות של גוף (תאוצה), לשינוי צורה של גוף (כמו כיפוף) ולשינוי קצב סיבוב של גוף. יחידות הכוח הן ניוטון. זו אינה יחידה בסיסית.1 [N] = 1 [kg][m]/[s²].

4. תאוצת גוף לא תלויה באופן ישיר במהירות הגוף. התאוצה תהיה a = SF/m בכיוון שקול הכוחות (ימינה). (במידה וקיים חיכוך קינטי – הוא קשור בכיוון המהירות היחסית. זה יכול להשפיע על שקול הכוחות)

5. חוק ההתמדה מתייחס למצב שאין תאוצה. מתמטית זהו חוק II כאשר התאוצה אפס.

6. תמיד g כלפי מטה!

7. לגוף בעל המסה הקטנה יותר.

8. לחוט הקשור לגוף עם המסה הגדולה יותר.

9. א. a = 5 m/s² -> v = 10 m/s. ב. a = 3 m/s² -> v = 6 m/s

10. א. 15 _N ב. a = 1 m/s² שמאלה.

11. א. a = 4 m/s² ימינה ב. בנקודת המוצא

12. א. a = 2 m/s² שמאלה ב. t = 3 s , x = 9 m ג. לא יחזור! הפתרון המתמטי לא נכון. אם היה חוזר – החיכוך היה משנה כיוון.

13. א. a = 0 m/s² ב. a = 0.196 m/s² לכיוון מעלה המדרון ג. A = 10.20 m/s² לכיוון מטה ד. לא ישתנה

14. א. a = 10 m/s² לכיוון מטה ב. t = 0.5 s , x = 1.25 m ג. a = 2 m/s² לכיוון מטה , t = 1.118 s ד. זמן ירידה. בשני המקרים הגוף עובר אותו מרחק. בירידה המהירות הממוצעת קטנה יותר בגודלה.