例子问题
例子问题1:力的基础和牛顿定律
使一个500公斤重的物体以恒定的速度运动需要多大的合力?
没有足够的信息
牛顿第一定律指出,运动的物体倾向于保持运动状态,除非受到合力的作用。这意味着如果不考虑摩擦力,物体在运动时就不需要净力来保持运动。净力只需要改变物体的运动。500kg的物体以恒定的速度运动;因此,没有合力(0牛顿)作用在物体上。
例子问题2:力的基础和牛顿定律
下面的陈述都是正确的。哪一个不是牛顿第一运动定律所能解释的?
扔到太空中的棒球会一直朝着同一个方向运动,直到它击中了什么东西。
如果没有外力,放在桌子上的书是不会动的。
如果我在玩滑板,它不会自动转向。
一个球沿着倾斜的平面斜坡直滚下来,除非有外力推动,否则不会向左或向右转向。
落下一个箱子会使它向下加速。
落下一个箱子会使它向下加速。
牛顿第一运动定律指的是没有外力作用的物体。没有外力的物体会保持相同的速度,也就是说
(1)如果他们不动,他们将继续不动
(2)如果它们在移动,它们会保持相同的速度和方向移动
“扔下一个盒子会使它向下加速”的答案是指盒子受到一个力的作用——重力。而且,这个盒子在加速,不像牛顿第一运动定律所指的物体,它的速度是恒定的。
示例问题3:力的基础和牛顿定律
一个宇宙飞船在真空的空间中以恒定的速度飞行.
忽略任何引力,作用在飞船上的合力是多少?
在真空中,由于空气阻力而没有摩擦。牛顿第一定律指出,运动的物体保持运动状态,除非受到合力的作用。因此,宇宙飞船将以恒定的速度(零加速度)飞行无限的,作用在飞船上的合力必然为零。这也可以用数学来表示:
示例问题4:力的基础和牛顿定律
你正以650英里每小时的恒定速度乘坐飞机。你的朋友正以每小时60英里的恒定速度开车旅行。谁的加速度更大?
不能确定;我们必须知道摩擦力产生的力
不是你,也不是你的朋友
你的朋友
你
不是你,也不是你的朋友
因为你和你的朋友都在以恒定的速度运动,你和你朋友的加速度为零。因此,你和你的朋友都不会体验到任何加速。这可以用数学上的加速度方程来表示:
因为速度不随时间变化,加速度为零。还要注意,当加速度为零时,合力也为零。
例子问题1:牛顿第一定律
你正坐在一辆车里休息,这时另一辆车追尾了你的车。根据牛顿运动定律,为什么你和乘客会受到鞭打?
加速度是速度的时间导数
这些
物体越大,惯性越大
静止的物体倾向于保持静止
静止的物体倾向于保持静止
因为静止的物体倾向于保持静止,当你的车撞到你的身体/脖子时,你会“想”呆在原地。这将导致你的身体和脖子“抽动”,因为它需要时间来加速从被击中。
示例问题6:力的基础和牛顿定律
电梯里的乘客有一个向下施加100N力的质量。他从120N的电梯楼层向上受到法向力。他加速的方向是什么,如果有的话,速度是多少?
向下
向上
向上
向上
向上
电梯里的人的加速度是由合力和他/她的质量决定的。合力计算为向上20牛。为了求出乘客的质量,使用下面的公式:
然后,用牛顿第二定律求净加速度。
示例问题7:力的基础和牛顿定律
一辆1675千克的车以恒定的速度向右移动.
作用在汽车上的合力是多少?
回想一下牛顿第一运动定律:一个物体将保持其匀速运动状态,除非受到外力的作用。汽车的运动被描述为具有恒定的速度,这是一个均匀的状态,所以没有外力。
示例问题8:力的基础和牛顿定律
一个盒子在一个倾斜角为的平面上向下滑动.计算动摩擦系数如果盒子以恒定的速度运动.
如果盒子以匀速运动,我们知道作用在斜面上的上下力之和必然为零。如果作用的力只有重力和摩擦力,我们可以显示:
我们可以得到法向力的信息通过观察垂直于平面的力,如图所示:
把所有这些放在一起,我们可以写出下面的沿着平面作用的力的表达式,最后,我们的答案:
示例问题9:力的基础和牛顿定律
宇宙飞船在太空深处静止不动。然后,宇宙飞船分裂成两个方向相反的部分。第一个的质量是速度的大小是.第二个的质量是.确定第二段的速度大小。
利用动量守恒:
代入值。
解出:
示例问题10:力的基础和牛顿定律
有质量的跳伞者达到了极限速度.估计她所经历的风阻力。
这些
如果潜水员达到了终极速度,她的加速度是.
因此,根据牛顿第二定律:
合力等于零。
唯一作用在她身上的力是重力和风的阻力,它们加起来一定是零。
在哪里是向下的,因此是负的吗
代入值:
解出