HUKUM KEDUA NEWTON: APLIKASI, EKSPERIMEN DAN LATIHAN - FISIK - 2025

The Newton 's hukum kedua atau hukum dasar negara dinamika bahwa jika sebuah benda dikenai gaya atau satu set kekuatan yang secara tidak dibatalkan, maka objek akan dipercepat ke arah gaya resultan, bahwa menjadi percepatan sebanding dengan intensitas jaring gaya itu dan berbanding terbalik dengan massa benda.

Jika F adalah gaya total, M massa benda dan terhadap percepatan yang diperoleh, maka hukum kedua Newton dinyatakan secara matematis sebagai berikut : a = F / M atau pada bentuk paling umum F = M ∙ menjadi

Penjelasan hukum kedua Newton. Sumber: buatan sendiri.

Penjelasan dan rumus

Sebagaimana dijelaskan di atas, cara yang biasa untuk menyatakan hukum kedua adalah dengan rumus:

F = M ∙ a

Baik percepatan dan gaya harus diukur dari kerangka acuan inersia. Perhatikan bahwa massa adalah besaran positif, jadi titik percepatannya searah dengan gaya resultannya.

Perhatikan juga bahwa jika resultan gaya adalah nol ( F = 0 ) maka percepatannya juga akan menjadi nol ( a = 0 ) jika M> 0. Hasil ini sesuai sepenuhnya dengan hukum pertama Newton atau hukum inersia.

Hukum pertama Newton menetapkan sistem referensi inersia sebagai sistem yang bergerak dengan kecepatan konstan terhadap partikel bebas. Dalam praktik dan untuk tujuan aplikasi yang paling umum, sistem referensi yang dipasang ke tanah atau lainnya yang bergerak dengan kecepatan konstan terhadapnya, akan dianggap inersia.

Gaya adalah ekspresi matematis dari interaksi benda dengan lingkungan. Gaya dapat berupa besaran konstan atau berubah dengan waktu, posisi dan kecepatan benda.

Satuan dalam Sistem Internasional (SI) untuk gaya adalah Newton (N). Massa dalam (SI) diukur dalam (kg) dan percepatan dalam (m / s ² ). Satu gaya Newton adalah gaya yang diperlukan untuk mempercepat benda bermassa 1 kg pada kecepatan 1 m / s ² .

Latihan terselesaikan

Latihan 1

Sebuah benda bermassa m dijatuhkan dari ketinggian tertentu dan diukur percepatan jatuh 9,8 m / s².

Hal yang sama terjadi pada benda bermassa m 'dan benda bermassa m' 'lainnya dan benda bermassa lainnya dan lainnya. Hasilnya selalu percepatan gravitasi dilambangkan dengan g dan sama dengan 9,8 m / s². Dalam percobaan ini bentuk benda dan nilai massanya sedemikian sehingga gaya akibat hambatan udara dapat diabaikan.

Ia diminta untuk menemukan model gaya tarik bumi (dikenal sebagai berat) yang konsisten dengan hasil eksperimen.

Larutan

Kami memilih sistem referensi inersia (tetap dengan memperhatikan tanah) dengan arah positif dari sumbu X vertikal dan ke bawah.

Satu-satunya gaya yang bekerja pada benda bermassa m adalah gaya tarik bumi, gaya ini disebut gaya berat P, yang mengarah ke bawah adalah positif.

Percepatan yang diperoleh benda bermassa m setelah dilepaskan adalah a = g, mengarah ke bawah dan positif.

Kami mengusulkan hukum kedua Newton

P = ma

Berapakah model P sehingga percepatan yang diprediksikan oleh hukum kedua adalah g terlepas dari nilai m? : Satu-satunya alternatif adalah P = mg jika m> 0.

mg = ma dari mana kita memecahkan: a = g

Kita menyimpulkan bahwa berat, gaya yang digunakan Bumi untuk menarik suatu benda adalah massa benda dikalikan dengan percepatan gravitasi dan arahnya vertikal dan mengarah ke bawah.

P = m ∙ g

Latihan 2

Sebuah balok dengan massa 2 kg bertumpu pada lantai yang benar-benar datar dan horizontal. Jika gaya 1 N diterapkan padanya, percepatan apa yang diperoleh balok dan berapa kecepatannya setelah 1 detik.

Larutan

Hal pertama adalah mendefinisikan sistem koordinat inersia. Satu telah dipilih dengan sumbu X di lantai dan sumbu Y tegak lurus padanya. Kemudian dibuat diagram gaya yang menempatkan gaya-gaya akibat interaksi balok dengan lingkungannya.

Gaya N melambangkan normal, itu adalah gaya vertikal ke atas yang diberikan permukaan lantai pada balok M. Diketahui bahwa N persis menyeimbangkan P karena balok tidak bergerak ke arah vertikal.

F adalah gaya horizontal yang diterapkan pada balok M, menunjuk ke arah positif sumbu X.

Gaya total adalah jumlah dari semua gaya pada balok bermassa M. Kita membuat penjumlahan vektor dari F, P dan N. Karena P dan N adalah sama dan berlawanan, mereka saling menghilangkan, dan gaya totalnya adalah F.

Jadi percepatan yang dihasilkan akan menjadi hasil bagi gaya total dan massa:

a = F / M = 1 N / 2 kg = 0,5 m / s²

Karena balok mulai dari diam setelah 1s, kecepatannya akan berubah dari 0 m / s menjadi 0,5 m / s.

Penerapan Hukum Kedua Newton

Mempercepat lift

Seorang anak laki-laki menggunakan timbangan kamar mandi untuk mengukur berat badannya. Nilai yang Anda dapatkan adalah 50 kg. Kemudian anak laki-laki tersebut membawa beban tersebut ke lift gedungnya, karena dia ingin mengukur percepatan lift tersebut. Hasil yang diperoleh saat memulai adalah:

• Timbangan mencatat berat 58 kg selama 1,5 detik
• Kemudian ukur lagi 50 kg.

Dengan data ini, hitung percepatan elevator dan kecepatannya.

Larutan

Skala mengukur berat dalam satuan yang disebut gaya kilogram. Menurut definisi, kilogram_force adalah gaya yang digunakan planet Bumi untuk menarik benda bermassa 1 kg.

Jika satu-satunya gaya yang bekerja pada benda adalah beratnya, maka benda tersebut memperoleh percepatan 9,8 m / s². Jadi 1 kg_f sama dengan 9,8 N.

Kemudian berat P anak laki-laki itu adalah 50 kg * 9,8 m / s² = 490 N.

Selama percepatan skala memberikan gaya N pada anak laki-laki sebesar 58 kg_f setara dengan 58 kg * 9,8 m / s² = 568,4 N.

Percepatan lift akan diberikan oleh:

a = N / M - g = 568,4 N / 50 kg - 9,8 m / s² = 1,57 m / s²

Kecepatan yang diperoleh elevator setelah 1,5 detik dengan percepatan 1,57 m / s² adalah:

v = a * t = 1,57 m / s² * 1,5 s = 2,36 m / s = 8,5 Km / jam

Gambar berikut menunjukkan diagram gaya yang bekerja pada anak laki-laki:

Stoples mayones

Seorang anak laki-laki menyerahkan toples mayones kepada saudaranya, yang ada di ujung meja. Untuk itu, ia mengendarainya sedemikian rupa sehingga memperoleh kecepatan 3 m / s. Dari saat dia menjatuhkan botol sampai berhenti di ujung meja, jaraknya 1,5 m.

Tentukan nilai gaya gesek yang diberikan tabel pada botol, karena tabel memiliki massa 0,45 kg.

Larutan

Pertama kita akan menentukan akselerasi pengereman. Untuk ini kita akan menggunakan hubungan berikut, yang telah diketahui dari gerakan bujursangkar yang dipercepat secara seragam:

Vf² = Vi² + 2 * a * d

dengan Vf adalah kecepatan akhir, Vi kecepatan awal, pada percepatan dan d perpindahan.

Percepatan yang diperoleh dari hubungan sebelumnya adalah, perpindahan botol dianggap positif.

a = (0 - 9 (m / s) ²) / (2 * 1,5 m) = -3 m / s²

Gaya total pada toples mayones adalah gaya gesek, karena normal dan berat dari toples seimbang: Fnet = Fr.

Fr = m * a = 0,45 kg * (-3 m / s²) = -1,35 N = -0,14 kg-f

Eksperimen untuk anak-anak

Anak-anak dan orang dewasa dapat melakukan eksperimen sederhana yang memungkinkan mereka memverifikasi bahwa hukum kedua Newton benar-benar berfungsi dalam kehidupan nyata. Berikut dua hal yang sangat menarik:

Eksperimen 1

Eksperimen sederhana membutuhkan timbangan kamar mandi dan lift. Bawalah beban kamar mandi ke dalam lift dan catat nilai yang ditandainya selama start naik, start turun, dan selama Anda bergerak dengan kecepatan konstan. Hitung percepatan elevator untuk setiap kasus.

Eksperimen 2

1. Ambil mobil mainan yang rodanya dilumasi dengan baik
2. Pasang tali ke ujung.
3. Di tepi meja, rekatkan pensil atau benda silindris halus lainnya di mana benang akan dipasang.
4. Di ujung tali yang lain gantung keranjang kecil, tempat Anda akan meletakkan beberapa koin atau sesuatu yang akan berfungsi sebagai beban.

Skema percobaan ditunjukkan di bawah ini:

• Lepaskan gerobak dan lihat kecepatannya.
• Kemudian tambah massa gerobak dengan meletakkan koin di atasnya, atau sesuatu yang menambah massanya.
• Katakan apakah percepatan bertambah atau berkurang. Taruh lebih banyak adonan di atas gerobak, lihat kecepatannya, dan selesaikan.

Gerobak kemudian dibiarkan tanpa bobot ekstra dan dibiarkan berakselerasi. Kemudian lebih banyak beban ditempatkan pada keranjang untuk meningkatkan gaya yang diterapkan pada kereta.

• Bandingkan percepatan dengan kasus sebelumnya, tunjukkan apakah terjadi kenaikan atau penurunan. Anda dapat mengulang menambahkan lebih banyak beban ke keranjang dan mengamati percepatan kereta.
• Tunjukkan apakah itu meningkat atau menurun.
• Analisis hasil Anda dan katakan apakah mereka setuju atau tidak dengan hukum kedua Newton.

Artikel yang menarik

Contoh hukum kedua Newton.

Hukum pertama Newton.

Contoh hukum kedua Newton.

Referensi

1. Alonso M., Finn E. 1970. Fisika volume I: Mekanika. Dana Pendidikan Inter-Amerika SA 156-163.
2. Hewitt, P. 2012. Ilmu Fisika Konseptual. Edisi kelima. 41-46.
3. Muda, Hugh. 2015. Fisika Universitas dengan Fisika Modern. Edisi ke-14 Pearson. 108-115.