Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby udostępnić materiał Dodaj całą stronę do teczki

W dziale o dynamice poznaliście, jak siły wpływają na ruch ciał. Wiecie już, kiedy ruch jest jednostajny, a kiedy zmienny i jak zmienić rodzaj ruchu. Poznaliście treść zasad dynamiki Newtona i potraficie wyjaśnić, dlaczego dany ruch jest taki, a nie inny. Wiecie, jakim ruchem porusza się ciało, i potraficie powiedzieć, czy wypadkowa sił działających na to ciało jest równa zeru, czy też od niego różna. Poznaliście kilka rodzajów oporów ruchu i potraficie opisać ich wpływ na ruch ciał. Siły te powodują zmniejszanie wartości prędkości, ale bez nich nie byłoby możliwe rozpoczęcie ruchu, przyspieszanie i zmiana kierunku ruchu. W tej lekcji przypomnicie sobie czego się już o dynamice nauczyliście oraz sprawdzicie swoje umiejętności w tej dziedzinie.

RIdSjfemvHBvq
Podstawy dynamiki jako nauki zajmującej się ruchem ciał materialnych zawdzięczamy Izaakowi Newtonowi, który opisał je wraz z innymi sformułowanymi przez siebie prawami fizyki w dziele z 1684 roku.
Źródło: William Blake Archive, Wikimedia Commons, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newton-WilliamBlake.jpg.

Bezwładność ciał

Ryj4Zk2tEFtU8
Źródło: Tomorrow sp.z o.o., licencja: CC BY 3.0.
  1. Ciała spoczywające dążą do przebywania w stanie spoczynku, ciała poruszające się – do utrzymania tego ruchu bez zmiany prędkości. Ta „niechęć” ciał wobec zmian charakteru ich ruchu nazywa się bezwładnością (inercją).

  2. Bezwładność ciał uwidacznia się zawsze, gdy chcemy zmienić stan ich ruchu (ew. ich spoczynku) w danym układzie odniesienia.

  3. Siła bezwładności występuje w układzie odniesienia, który przyspiesza, zwalnia lub zmienia kierunek ruchu względem innego, nieruchomego układu odniesienia. Takie układy odniesienia, poruszające się ruchem niejednostajnym nazywamy układami nieinercjalnymi.

  4. Bezwładność ciał zależy od ich masy; taka sama siła przyłożona do ciał o różnych masach w różnym stopniu zmienia ruch ciała o dużej i o małej masie.

Pierwsza zasada dynamiki

R1Ns5xWRVVUKp
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY-SA 3.0.
  1. XVII w. sir Isaac Newton sformułował trzy zasady dynamiki.

  2. Pierwsza zasada dynamiki Newtona mówi, że jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym względem inercjalnego układu odniesienia.

  3. Zgodnie z drugą zasadą, jeśli na ciało działa stała niezrównoważona siła (siła wypadkowa), to ciało porusza się ruchem jednostajnie zmiennym z  przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.

  4. Trzecia zasada dynamiki mówi nam zaś, że każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i kierunku, ale o przeciwnym zwrocie. Nazywana jest również zasadą akcji i reakcji.

Opory ruchu

Rmc4XVEENnHk0
Źródło: DLR German Aerospace Center (https://www.flickr.com).
  1. Wszystkie poruszające się w naszym otoczeniu ciała napotykają siły, które przeciwdziałają ich ruchowi. Mogą być one na przykład wynikiem oporu, który stawia poruszającemu się ciału ośrodek, lub tarcia między powierzchnią podłoża i ciała znajdującego się w ruchu. Nazywamy je siłami oporu ruchu.

  2. Opory ruchu:

    • zwiększają się wraz ze wzrostem wartości prędkości ciała względem ośrodka;

    • zależą od kształtu ciała;

    • są większe w cieczach niż w gazach.

  3. Opory ruchu w wielu sytuacjach utrudniają nam życie i są przyczyną zwiększonego wydatkowania energii. Istnieją jednak sposoby na ich ograniczenie, np. nadawanie poruszającym się przedmiotom opływowego kształtu. Czasami jednak zależy nam na zwiększeniu np. sił tarcia.

Tarcie

R1HbzJ9h8VOJR
Źródło: Tomorrow Sp.z o.o., licencja: CC BY 3.0.
  1. Tarcie to opór ruchu związany z oddziaływaniem występującym na powierzchni styku dwóch ciał wraz z pojawieniem się siły, która działa na jedno z tych ciał i wprawia go w ruch względem drugiego. Może też być nią siła oporu w trakcie przesuwania się dwóch stykających się ciał. Siła tarcia działająca na poszczególne ciała ma kierunek równoległy do płaszczyzny zetknięcia, a zwrot jest przeciwny do zwrotu wektora prędkości danego ciała.

  2. Tarcie jest nieco większe podczas wprawiania ciała w ruch niż wówczas, gdy ciało w takim ruchu już się znajduje. Z tego powodu tarcie dzielimy na statyczne i kinetyczne.

Tarcie kinetyczne

Ri4eFxKzuoaUN
Źródło: Redline (http://commons.wikimedia.org).
  1. Tarcie kinetyczne jest efektem powstawania sił oporu w trakcie przesuwania się dwóch stykających się ciał. Siła tarcia działająca na te ciała ma kierunek równoległy do płaszczyzny zetknięcia, a zwrot jest przeciwny do zwrotu wektora prędkości danego ciała.

  2. Siła tarcia kinetycznego zależy od siły nacisku ciała na podłoże oraz od rodzaju materiałów, z jakich wykonane są stykające się powierzchnie.

  3. Do obliczenia sił tarcia możemy posłużyć się następującym wzorem:
    FT=f·FN,
    gdzie:
    FTN – siła tarcia;
    FNN – siła nacisku;
    f – współczynnik tarcia.

  4. Współczynnik tarcia zależy od rodzaju trących o siebie powierzchni i nie ma jednostki.

  5. Współczynnik tarcia kinetycznego jest mniejszy od współczynnika tarcia statycznego.

  6. Współczynnik tarcia wyznaczamy doświadczalnie.

Druga zasada dynamiki

RFY3yaUMi7Ydc
Źródło: Tomorrow sp.z o.o., licencja: CC BY 3.0.

Z trzech zasad dynamiki sformułowanych przez Isaaca Newtona szczególną rolę w rozwoju fizyki odegrała druga z nich. Oto jej treść:

  1. Jeśli na ciało działa niezrównoważona siła (siła wypadkowa jest różna od zera), to ciało porusza się z przyspieszeniem wprost proporcjonalnym do działającej siły i odwrotnie proporcjonalnym do masy ciała.

  2. Drugą zasadę dynamiki zapisujemy za pomocą następujących wzorów:
    a= Fm
    lub
    F=m·a,
    gdzie: ams2 – przyspieszenie; FN – siła; mkg – masa ciała.

  3. Ponieważ przyspieszenie, a więc zmiana ruchu ciała, zależy od jego masy, mówimy, że masa ciała jest miarą jego bezwładności.

Zastosowanie drugiej zasady dynamiki do obliczeń

  1. Druga zasada dynamiki Newtona łączy działającą na ciało siłę wypadkową F z przyspieszeniem a, jakie pod jej wpływem uzyskuje ciało o masie m.
    F=m·a.

  2. Siłę obliczymy, podstawiając do powyższego wzoru masę i przyspieszenie ciała.

  3. Jeśli znana jest siła wypadkowa i masa ciała, to przyspieszenie otrzymamy, posługując się wzorem:
    a=Fm.

  4. Chcąc obliczyć masę, korzystamy ze wzoru:
    m=Fa.

  5. Druga zasada dynamiki pozwala na zdefiniowanie jednostki siły – 1 N (niutona):

  6. Siła ma wartość 1 N, jeśli w kierunku swego działania ciału o masie 1 kg nadaje przyspieszenie a=1ms2.

  7. 1 N=1 kg·1 ms2

Trzecia zasada dynamiki

RvTelbHUTnpSS
Źródło: Tomorrow sp.z o.o., licencja: CC BY 3.0.
  1. W przyrodzie występuje wiele rodzajów oddziaływań, ale wszystkie mogą zostać opisane i zmierzone przy pomocy sił. Siła jest miarą oddziaływania. Oddziaływania są wzajemne, to znaczy wywołując pewną akcję za pomocą działającej siły, musimy spodziewać się reakcji układu, na który działamy.

  2. Trzecia zasada dynamiki Newtona mówi, że gdy ciało A działa na ciało B pewną siłą, to ciało B działa na ciało A siłą o tej samej wartości, tym samym kierunku, lecz przeciwnym zwrocie. Siły te nie mogą się równoważyć, ponieważ przyłożone są do dwóch różnych ciał.
    FAB=-FBA

  3. Trzecią zasadę dynamiki Newtona nazywamy też zasadą akcji i reakcji. Każdej akcji towarzyszy reakcja równa co do wartości i kierunku, lecz przeciwnie zwrócona.

  4. Trzecia zasada dynamiki towarzyszy nam na co dzień, np. podczas chodzenia, pływania, wbijania gwoździa w ścianę i wielu innych czynności. Dzięki tej samej zasadzie dynamiki latają samoloty odrzutowe i możliwe są podróże kosmiczne (trzecią zasadę dynamiki wykorzystują silniki rakietowe) w najbliższym otoczeniu Ziemi.

Zadania

Ćwiczenie 1
RjAIWyPAIYUfY
W trakcie serwowania piłka tenisowa o masie m=56 g w momencie uderzenia rakietą porusza się z przyspieszeniem a=10000 ms2. Oblicz wartość siły, jaką rakieta uderza piłkę. Zaznacz poprawną odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. F=560 N, 2. F=56 N, 3. F=178,6 N, 4. F=5,6 N
Ćwiczenie 2
Rf4CeBjt9uu4I
Siedzący w kajaku Marcin usiłuje za pomocą liny przyciągnąć do siebie drugi kajak, w którym siedzi Anka. Ciągnie linę siłą 100 N. Masa typowego kajaka wynosi m=60 kg. Oblicz przyspieszenie, z jakim zacznie poruszać się ciągnięty kajak i zaznacz prawidłową odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. Prawidłowa odpowiedź, 2. Nieprawidłowa odpowiedź A, 3. Nieprawidłowa odpowiedź B
RFLbG2i1SonvF
Czy kajak, w którym siedzi Marcin, pozostanie nieruchomy? Zaznacz prawidłową odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. Nie, zacznie on również przyspieszać w kierunku Anki., 2. Tak, pozostanie nieruchomy., 3. Nie, zacznie on przyspieszać z takim samym zwrotem co kajak Anki.
Ćwiczenie 3
RJOQJiRzLNTI2
Oblicz masę wózka, który pod działaniem siły F=5 N porusza się z przyspieszeniem 0,5 ms2. Zaznacz poprawną odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. m=10 kg, 2. m=0,1 kg, 3. m=0,25 kg, 4. m=100 kg
Ćwiczenie 4
R1A9V8Vbm01q3
Oblicz wartość siły, jakiej trzeba użyć, aby zwiększyć wartość prędkości ciężarówki od 18 kmh do 54 kmh w ciągu 20 s. Masa ciężarówki wynosi 15 ton. Uzupełnij luki w odpowiedzi, wpisując odpowiednie liczby. Odpowiedź: Aby zwiększyć prędkość ciężarówki należy użyć siły o wartości F=Tu uzupełnijN=Tu uzupełnijkN.
Ćwiczenie 5
RIPv8pFzfGsAd
Na stole stoi szklanka napełniona wodą. Łączna masa szklanki i wody wynosi 0,3 kg. Na powierzchni wody położono korek o masie 0,01 g, który po niej pływa. Oblicz:
1. wartość siły, którą woda działa na pływający korek;
2. wartości sił, jakimi szklanka naciska na stół przed i po położeniu korka.
Uzupełnij luki w odpowiedziach wpisując odpowiednie liczby.

Test

R1VNfFtuiWmdh1
Ćwiczenie 6
Dokończ zdanie, wybierając poprawne odpowiedzi.
Jednostką miary bezwładności ciała jest: Możliwe odpowiedzi: 1. kilogram, 2. gram, 3. jednostka masy, 4. niuton, 5. kmh, 6. kgm3, 7. dowolna wielkość fizyczna
R1Z9ac7Dna7Kl1
Ćwiczenie 7
Skutkiem działania niezrównoważonej siły jest Możliwe odpowiedzi: 1. przyspieszenie., 2. ruch zmienny., 3. prędkość., 4. ruch jednostajny prostoliniowy.
RwQXCOLbPHQKt1
Ćwiczenie 8
Chwilę po otwarciu spadochronu, skoczek opada w dół ze stałą prędkością.
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe czy fałszywe. Zaznacz wszystkie stwierdzenia prawdziwe. Możliwe odpowiedzi: 1. Siły oporu ruchu i siła ciężkości równoważą się., 2. Wypadkowa sił działających na skoczka jest równa zero., 3. Siły oporu ruchu są większe od siły ciężkości skoczka., 4. Siły oporu ruchu są mniejsze od siły ciężkości skoczka., 5. Ciężar spadochronu jest mniejszy niż ciężar skoczka.
R1ZXeCqD1e4kP1
Ćwiczenie 9
Dokończ zdanie, wybierając poprawną odpowiedź.
Jeśli Słońce przyciąga Jowisza pewną siłą, to Jowisz przyciąga Słońce siłą Możliwe odpowiedzi: 1. równą co do wartości i mającą przeciwny zwrot., 2. równą co do wartości i mającą taki sam zwrot., 3. mniejszą co do wartości i mającą przeciwny zwrot., 4. równą zero., 5. większą co do wartości i mającą taki sam zwrot., 6. większą co do wartości i mającą przeciwny zwrot.
R1c0GLwvv2U5K1
Ćwiczenie 10
Dokończ zdanie, wybierając poprawną odpowiedź.
Siła tarcia kinetycznego Możliwe odpowiedzi: 1. zależy od siły nacisku i rodzaju stykających się powierzchni., 2. zależy tylko od prędkości ciała., 3. nie zależy od siły nacisku tylko od rodzaju stykających się powierzchni., 4. zależy od siły nacisku, a nie zależy od rodzaju stykających się powierzchni., 5. zależy od wielkości stykających się powierzchni.
R11gZqZgaKNTJ2
Ćwiczenie 11
Podczas startu rakiety z jej dysz wylatują gazy spalinowe. Oddziaływanie których ciał decyduje o tym, że rakieta startuje? Zaznacz poprawną odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. Gazów spalinowych i rakiety., 2. Gazów spalinowych i Ziemi., 3. Rakiety i Ziemi., 4. Gazów spalinowych i powietrza.
RTEKNBylBnhuy1
Ćwiczenie 12
Dokończ zdanie, wybierając poprawne odpowiedzi.
Zwrot siły tarcia kinetycznego jest: Możliwe odpowiedzi: 1. zawsze przeciwny do zwrotu prędkości ciała., 2. zawsze przeciwny do zwrotu przemieszczenia ciała., 3. zawsze zgodny ze zwrotem wektora prędkości ciała., 4. w ruchu przyspieszonym przeciwny do prędkości, a w ruchu opóźnionym zgodny z prędkością ciała., 5. w ruchu przyspieszonym zgodny z prędkością, a w ruchu opóźnionym przeciwny do prędkości ciała.
RYIjkjj6ECaAH1
Ćwiczenie 13
Kawałek magnesu tkwi nieruchomo na drzwiach lodówki.
Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe czy fałszywe. Zaznacz wszystkie stwierdzenia prawdziwe. Możliwe odpowiedzi: 1. wypadkowa wszystkich sił działających na magnes jest równa zero., 2. siła, jaką drzwi przyciągają magnes, jest większa od ciężaru magnesu., 3. siła tarcia między drzwiami a magnesem jest większa od ciężaru magnesu., 4. siła, jaką magnes naciska na drzwi, jest większa od ciężaru magnesu.
RUyjp0LWcJqBd1
Ćwiczenie 14
Motocyklista jedzie po poziomej gładkiej szosie ze stałą szybkością 90 kmh
Co można powiedzieć o siłach działających na motocyklistę? Zaznacz poprawne odpowiedzi. Możliwe odpowiedzi: 1. Wypadkowa wszystkich sił działających na motocyklistę jest równa zero., 2. Siła ciągu silnika równoważy siły oporów ruchu, a siła sprężystości podłoża równoważy ciężar motocykla i motocyklisty., 3. Wypadkowa wszystkich sił działających na motocyklistę jest stała., 4. Siła ciągu silnika jest stała i większa od sił oporów ruchu., 5. Siła ciągu silnika równoważy ciężar motocyklisty i opory ruchu.
Re7V73TCfTHOl1
Ćwiczenie 15
Jakie przyspieszenie osiągnie kamień o masie 0,5 kg, jeżeli działa na niego siła 4 N? Zaznacz poprawną odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. 8 ms2, 2. 2 ms2, 3. 0,125 ms2, 4. 4,5 ms2
RriEN7scYuC241
Ćwiczenie 16
Jaka siła powinna działać na narciarza o masie 50 kg, aby uzyskał przyspieszenie 5 ms2? Zaznacz poprawna odpowiedź. Możliwe odpowiedzi: 1. 250 N, 2. 10 N, 3. 20 N, 4. 55 N, 5. 45 N, 6. 25 N
R1eJeqd6KHNZK1
Ćwiczenie 17
Poniżej przedstawiono pewni jednostki oraz wielkości fizyczne. Przyporządkuj jednostkę do odpowiedniej wielkości fizycznej. siła Możliwe odpowiedzi: 1. niuton N, 2. kilometr na godzinę kmh, 3. wielkość bezwymiarowa, 4. kilogram, 5. metr na sekundę kwadrat ms2 przyspieszenie Możliwe odpowiedzi: 1. niuton N, 2. kilometr na godzinę kmh, 3. wielkość bezwymiarowa, 4. kilogram, 5. metr na sekundę kwadrat ms2 masa Możliwe odpowiedzi: 1. niuton N, 2. kilometr na godzinę kmh, 3. wielkość bezwymiarowa, 4. kilogram, 5. metr na sekundę kwadrat ms2 prędkość Możliwe odpowiedzi: 1. niuton N, 2. kilometr na godzinę kmh, 3. wielkość bezwymiarowa, 4. kilogram, 5. metr na sekundę kwadrat ms2 współczynnik tarcia Możliwe odpowiedzi: 1. niuton N, 2. kilometr na godzinę kmh, 3. wielkość bezwymiarowa, 4. kilogram, 5. metr na sekundę kwadrat ms2
RYY4u4fif70hQ1
Ćwiczenie 18
Ile wynosi masa kulki, jeśli popchnięta siłą 3 N uzyskała przyspieszenie 2 ms2? Zaznacz poprawne odpowiedzi. Możliwe odpowiedzi: 1. 1,5 kg, 2. 32 kg, 3. 23 kg, 4. 0,66 kg, 5. 6 kg, 6. 5 kg, 7. 1 kg
Aplikacje dostępne w
Pobierz aplikację ZPE - Zintegrowana Platforma Edukacyjna na androida