Решение задач на законы Ньютона и силы в природе

• Название: Решение задач на законы Ньютона и силы в природе
• Дата: 28.12.2021
• Размер: 61.5 Kb.
• Имя файла: 33_._3--.doc
• Тип: Практическая работа; #320928

Практическая работа № 3

Тема: Решение задач на законы Ньютона и силы в природе.

Цели работы: 1. Изучить основные законы и формулы динамики.

2. Научиться применять формулы при решении задач.

Оснащенность: канцелярские принадлежности, калькулятор.

Контрольные вопросы:

1.Сформулируйте второй закон Ньютона.

2. Сформулируйте третий закон Ньютона.

3. Чему равна и куда направлена сила трения покоя?

4. Чему равна и куда направлена максимальная сила трения покоя?

5. Сформулируйте закон всемирного тяготения.

6. Что называется весом тела? В каком случае тело становится невесомым

Краткая теория

Второй закон Ньютона

 ,

где ‑ сила, действующая на тело, ‑ изменение импульса тела, ‑ время действия силы. Если масса тела m за время действия силы не изменилась, то:



где - ускорение, полученное телом в результате действия равнодействующей силы . Равнодействующая сила есть векторная сумма всех одновременно действующих на тело сил.

Силы, рассматриваемые в механике:

а) сила упругости

F_{x упр} = ‑k x, где k - коэффициент упругости (в случае пружины  - жесткость), x ‑ абсолютная деформация (в случае пружины  ‑ удлинение или сокращение), а знак минус указывает, что F_{x упр}  направлена в сторону, противоположную деформации x;

б) сила тяжести F = mg,

где m ‑ масса тела, g ‑ ускорение свободного падения;

в) сила гравитационного взаимодействия



где G  - гравитационная постоянная; m₁ и m₂ ‑ массы взаимодействующих тел; R ‑ расстояние между центрами масс тел;

г) сила трения скольжения или максимальная сила трения покоя

F = N,

где  ‑ коэффициент трения; N ‑ сила нормального давления (равна по модулю силе реакции опоры).

Момент силы характеризует вращающее действие силы на тело относительно закрепленной оси вращения M =Fl,

где F ‑сила; l‑плечо силы (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы).

Алгоритм решения задач на движение тел под действием нескольких сил

1. 
   Записать краткое условие задачи и перевести единицы в СИ
   

2.Сделать чертеж, на котором указать силы, действующие на тело (из центра ), направление векторов ускорения и скорости

3. Записать второй закон Ньютона в векторной форме, учитывая все силы на рисунке

4. Выбрать направления осей координат (по ускорению)

5. Записать второй закон Ньютона в проекциях на оси координат, учитывая направления сил

6. Выразить искомую величину из этих уравнений

7. Записать формулы сил (упругости, трения, тяжести), а также формулы кинематики, необходимые для решения данной задачи

8. Подставить все нужные формулы в общую формулу искомой величины и найти ее значение

Задание №1

1. На лодку, привязанную к дереву, растущему на берегу, действует течение реки с силой 400 Н и ветер с силой 300 Н, дующей с берега перпендикулярно течению. Найдите равнодействующую этих сил.

2. Найти равнодействующую трех сил по 200 Н каждая, если углы между первой и второй силами и между второй и третьей силами равны 60 °.

3. Найти равнодействующую трех сил, по 15 Н каждая, если углы между силами 60°. Силы действуют в одной плоскости.

4. Фонарь в саду подвешен на двух тросах, растянутых между деревьями так, что угол между ними 120 градусов. Натяжение каждого троса 100 ньютонов. Определите равнодействующую сил натяжения.

5. Прочно застрявшую в грязи машину вытягивают двумя тракторами с силой тяги каждого по 4900 ньютонов. Угол между тросами, соединяющими машину и трактора - 20 градусов. Длины тросов - 5 и 10 метров. Определите суммарную силу вытаскивания машины.
Задание №2

1. Сила 60 Н сообщает телу ускорение 0,8 м/с². Какая сила сообщит этому телу ускорение 2 м/с²?

2. Порожний грузовой автомобиль массой 4 т начал движение с ускорением 0,3 м/с². Какова масса груза, принятого автомобилем, если при той же силе тяги он трогается с места с ускорением 0,2 м/с²?

3.К телу, лежащему на гладкой горизонтальной поверхности, приложена некоторая сила, под действием которой тело, двигаясь из состояния покоя, на пути 1 м приобрело скорость 10 м/с. Какую силу приложили к телу, если его масса 1 кг?

4. Автомобиль массой 3,2∙10³ кг за 15 с от начала движения развил скорость 9,0 м/с. Определите силу, сообщающую ускорение автомобилю.

5. На тело массой 20 кг начинает действовать равнодействующая сила 1 Н. Какое расстояние пройдет тело под действием этой силы за 30 с и в каком направлении?
Задание №3

1. Можно ли плыть на парусной лодке, направляя на паруса поток воздуха от мощного вентилятора, находящегося на лодке? Что случится, если дуть мимо паруса? 
2. Теплоход при столкновении с лодкой может потопить ее без всяких для себя повреждений. Как это согласуется с равенством модулей сил взаимодействия? 
3. В каком случае натяжение каната будет больше: 1) два человека тянут канат за концы с силами F, равными по модулю, но противоположными по направлению; 2) один конец каната прикреплен к стене, а другой конец человек тянет с силой 2F ? 
4. Почему лодка не сдвигается с места, когда человек, находящийся в ней, давит на борт, и приходит в движение, если человек выйдет из лодки, и будет толкать ее с такой же силой? 
5. На весах уравновешен неполный стакан с водой. Нарушится ли равновесие весов, если в воду погрузить карандаш и держать его в руке, не касаясь стакана?
Задание №4

1. Расстояние от Земли до Луны в среднем равно 3,84·10⁵ км. Масса Луны 7,33·10²² кг, масса Земли 6,03·10²⁴ кг. Определите силу притяжения между Землей и Луной.

2. Каково ускорение свободного падения на высоте, равной половине радиуса Земли?

3. Какую скорость должен иметь искусственный спутник Луны, чтобы он обращался вокруг нее по круговой орбите на высоте 40 км? Ускорение свободного падения на Луне для этой высоты равно 1,6 м/с², радиус Луны 1760 км.

4.Определить ускорение свободного падения на поверхности планет Марса и астероида Цереры. Массы и радиусы в сравнении с земными: у Марса — 0,107 и 0,533, у Цереры — 28,9 · 10^-5 и 0,0784.

5. Чему равно ускорение свободного падения на поверхности Солнца и Сатурна, радиусы которых больше земного в 109,1 и 9,08 раза, а средняя плотность в сравнении с земной составляет 0,255 и 0,127?

Задание №5

1. 
   Два мальчика растягивают резиновый жгут, прикрепив к его концам динамометры. Когда жгут удлинился на 2 см, динамометры показывали силы по 20 Н каждый. Что показывают динамометры при растяжении жгута на 6 см?
   
2. 
   Грузовик взял на буксир легковой автомобиль массой 2 т и, двигаясь равноускоренно, за 50 с проехал путь 400м. На сколько удлинился при этом трос, соединяющий автомобили, если его жесткость 2∙106 Н/м. Трением пренебречь.
   
3. 
   Две пружины равной длины, соединенные последовательно, растягивают за свободные концы руками. Пружина жесткостью 100 Н/м удлинилась на 5 см. Какова жесткость второй пружины, если ее удлинение равно 1 см?
   
4. 
   Пружина жесткостью 100 Н/м под действием силы удлинилась на 5 см. Какова жесткость другой пружины, которая под действием такой же силы удлинилась на 1 см?
   
5. 
   Найти удлинение буксирного троса жесткостью 100 кН/м при буксировке автомобиля массой 2т с ускорением 0,5 м/с2. Трением пренебречь.
   

Задание №6

1. Брусок массой 500 г скользит равномерно по деревянной площадке под действием силы тяги, равной 2,5 Н. Чему равен коэффициент трения бруска о дерево?

2. Ребенок массой 20 кг, скатившись с горы на санках, проехал по горизонтальной поверхности до остановки 15 м за 10 с. Чему равен коэффициент трения полозьев санок о снег? Чему равна сила трения при движении санок?

3. Троллейбус массой 10 т, трогаясь с места, приобрел на пути 50 м скорость 10 м/с. Найдите коэффициент трения, если сила тяги равна 14 кН.

4. При помощи динамометра ученик перемещал деревянный брусок массой 200 г по горизонтально расположенной доске. Каков коэффициент трения, если динамометр показывал 0,6 Н?

5. Через сколько времени после начала аварийного торможения остановится автобус, движущийся со скоростью 12 м/с, если коэффициент трения при аварийном торможении равен 0,4?

Задание №7

1. 
   Определите характер движения поезда на уклоне рельсового пути 2 градуса, если сила тяги направлена к вершине уклона и равна 2500000 Н, сопротивление движению пренебрежительно мало, а масса поезда составляет 5000 тонн.
   
2. 
   К концам нити, перекинутой через неподвижный блок, прикреплены два груза массой 200 г. каждый. На один из грузов положили перегрузок массой 50 г. Определите ускорение грузов и силу натяжения нити, считая, что масса нити и блока равна нулю, нить нерастяжима и скользит по блоку без трения
   
3. 
   Какую силу надо приложить для подъема вагонетки массой 600 кг по эстакаде с углом наклона 30°, если коэффициент трения равен 0,05?
   
4. 
   По горизонтальному столу из состояния покоя движется брусок массой M1 = 0,9 кг, соединённый с грузом массой M2 = 0,3 кг невесомой и нерастяжимой нитью, перекинутой через идеальный блок. Коэфφциент трения бруска о поверхность μ = 0,2. Найти натяжение вертикальной части нити
   
5. 
   Два груза массами m₁ и m₂, соединенных невесомой и нерастяжимой нитью, движутся по гладкой плоскости. К первому бруску приложена сила F = 10 Н , составляющая с горизонтом угол 30⁰. В результате грузы движутся с ускорением 5м/с². Коэффициент трения грузов о поверхность равен 0,2. Определите массу второго тела, если масса первого 5 кг.
   

Порядок выполнения работы:

1. 
   Проверить усвоение формул и изучить инструкцию по решению задач.
   
2. 
   Выполнить задание №1
   
3. 
   Выполнить задание №2
   
4. 
   Выполнить задание №3
   
5. 
   Выполнить задание №4.
   
6. 
   Выполнить задание №5.
   
7. 
   Выполнить задание №6.
   
8. 
   Выполнить задание №7.
   
9. 
   Оформить отчёт о проделанной работе.
   
10. 
    Сделать вывод.
    

Литература.

1. 
   Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. Сборник задач: учеб. пособие для образовательных учреждений нач. и сред. Проф. образования – М. : Издательский центр «Академия», 2012. – 256с.
   
2. 
   Мякишев Г.Я., Физика. 10 кл: учеб. для общеобразовательных учреждений : базовый и профил. уровни / Г.Я Мякишев, Б.Б Буховцев, Н.Н.Сотский, под ред. В.И Николаева, Н.А. Парфентьевой.- 19 –е изд.– М.: Просвещение, 2010.-366с.