Hukum Newton: soalan latihan dengan penyelesaian langkah demi langkah

1Apa yang dikatakan oleh hukum Newton

Kinematik menerangkan gerakan. Hukum Newton menjelaskannya: jasad hanya mengubah halajunya apabila daya bersih bertindak ke atasnya.

• Hukum pertama: jika daya pada jasad seimbang, ia kekal rehat atau terus bergerak dengan halaju malar.
• Hukum kedua: daya bersih memberi pecutan dalam arah yang sama. Daya lebih besar, pecutan lebih besar. Jisim lebih besar, pecutan lebih kecil.
• Hukum ketiga: jika A menolak B, maka B menolak balik A dengan daya sama dalam arah bertentangan.

Hukum kedua ialah yang anda gunakan untuk mengira:

ΣF (“hasil tambah F”) ialah daya bersih: semua daya dijumlahkan dengan tandanya. Daya dalam newton (N), jisim dalam kg dan pecutan dalam m/s². Satu newton memberi 1 kg pecutan 1 m/s².

2Daya yang anda temui

Kebanyakan soalan menggunakan empat jenis daya yang sama. Lukis setiap satu sebagai anak panah pada jasad: lukisan ini ialah gambar rajah jasad bebas.

• Berat W = m·g, terus ke bawah, dengan g = 9.81 m/s².
• Daya normal N: permukaan menolak balik, pada sudut tegak dengan permukaan. Pada lantai rata tanpa daya menegak lain, N = m·g.
• Geseran F_f = μ·N, sepanjang permukaan dan melawan gerakan. μ (mu) ialah pekali geseran, nombor seperti 0.3.
• Tegangan T dalam tali atau rentang, menarik sepanjang tali. Tali ringan mempunyai tegangan yang sama di kedua-dua hujung.

Kemudian jumlahkan daya sepanjang arah gerakan. Dalam gambar rajah, ΣF = F − F_f, kerana geseran menghala ke belakang.

3Jasad pada cerun

Pada cerun, pecahkan berat kepada dua bahagian. Ambil sudut θ cerun dengan ufuk.

• m·g·sin θ menarik jasad ke bawah sepanjang cerun.
• m·g·cos θ menekannya ke dalam cerun. Daya normal mengimbangi bahagian ini, maka N = m·g·cos θ.

Geseran kemudian ialah μ·m·g·cos θ, menghala ke atas cerun apabila jasad menggelongsor ke bawah. Cerun yang lebih curam memberi sin θ yang lebih besar dan cos θ yang lebih kecil, maka jasad memecut lebih cepat.

Dua jasad yang disambung dengan tali melalui takal bergerak dengan pecutan yang sama. Anggap keduanya sebagai satu sistem dengan jumlah jisim dahulu, kemudian lihat satu jasad sahaja untuk mencari tegangan.

4Kaedah langkah demi langkah

1. Lukis gambar rajah jasad bebas dengan setiap daya pada jasad. Jangan lupa mana-mana berat dan daya normal.
2. Pilih arah positif sepanjang gerakan.
3. Pecahkan daya kepada komponen sepanjang dan pada sudut tegak dengan gerakan. Pada cerun: m·g·sin θ sepanjang, m·g·cos θ ke dalam cerun.
4. Gunakan daya pada sudut tegak untuk mencari N. Tiada pecutan dalam arah itu.
5. Cari geseran dengan F_f = μ·N, melawan gerakan.
6. Gunakan ΣF = m·a sepanjang gerakan dan selesaikan untuk anu.

5Contoh terselesai

Ikuti setiap langkah. Cuba ramalkan langkah seterusnya sebelum anda membukanya.

6Kesilapan lazim

• Mengelirukan sin dan cos pada cerun. Sepanjang cerun ialah sin θ, ke dalam cerun ialah cos θ.
• Menggunakan N = m·g pada cerun, atau apabila tali menarik sebahagiannya ke atas. Cari N daripada daya pada sudut tegak dengan gerakan.
• Membiarkan geseran menghala ke arah yang salah. Ia sentiasa menentang gerakan.
• Terlupa satu daya, contohnya berat jisim tergantung, atau mengira satu daya dua kali.
• Menggunakan ΣF = m·a dengan hanya daya yang dikenakan dan bukannya daya bersih.

7Rupa soalan peperiksaan

• Mudah: tolakan dengan geseran pada lantai rata, dua blok yang ditolak bersama, atau seseorang di atas penimbang dalam lif.
• Sederhana: satah condong: blok yang menggelongsor ke bawah, kotak yang ditolak ke atas pada laju malar, atau kereta luncur yang ditarik dengan tali pada suatu sudut.
• Sukar: meja dan takal: blok di atas meja atau tanjakan yang diikat melalui takal kepada jisim tergantung. Cari pecutan sepunya dan tegangan.

Pada laju malar pecutan ialah sifar, maka daya seimbang: ΣF = 0.