دسته‌ها
دینامیک دینامیک و حرکت دایره ای فیزیک پیش دانشگاهی فیزیک دوازدهم

قانون دوم نیوتون

در مبحث قانون های نیوتون ، قانون ها را به طور مفصل شرح دادیم. می دانیم، قانون اول نیوتون به بررسی حرکت جسمی می پردازد که نیروی خالص وارد بر آن صفر است. حال اگر نیروهای وارد بر جسم متوازن نباشند، یعنی نیروی خالصی بر جسم وارد شود، برای حرکت جسم چه اتفاقی می افتد؟ قانون دوم نیوتون به این پرسش پاسخ می دهد.

قانون دوم نیوتون

هر گاه بر جسم نیروی خالصی وارد شود، جسم تحت تاثیر آن نیرو شتاب می گیرد که این شتاب با نیروی خالص وارد بر جسم نسبت مستقیم دارد و در همان جهت نیروی خالص است و با جرم جسم نسبت وارون دارد.

ph3 s2 law2 00 قانون دوم نیوتون

F در این رابطه نیروی خالص وارد بر جسم (برایند نیروهای وارد بر جسم) است. یکای نیرو در SI نیوتون است که با نماد (N) نشان می دهند. یک نیوتون برابر با مقدار نیروی خالصی است که به جسمی به جرم یک کیلوگرم، شتابی برابر یک متر بر مربع ثانیه می دهد.

ph3 s2 law2 01 قانون دوم نیوتون

مثال ها

مثال ۱: نیروی موتور یک قایق موتوری که جرم آن با سرنشینش ۴۰۰ کیلوگرم است، به گونه ای تنظیم می شود که در بازه معینی، همواره نیروی افقی خالص ۸۰۰ نیوتون به طرف جلو بر قایق وارد می کند.

ph3 s2 law2 02 قانون دوم نیوتون

الف) شتاب این قایق چقدر و در چه جهتی است؟

ب) اگر نیروی پیشران در یک لحظه ۱۳۰۰ نیوتون باشد، نیروی مقاومت در آن لحظه چقدر است؟

پاسخ مثال ۱: الف) چون نیروی خالص وارد بر قایق یعنی برایند نیروهای وارد بر آن (نیروی پیشران و نیروی مقاومت) را داریم براحتی می توان از رابطه استفاده کرد و شتاب جسم را حساب کرد.

ph3 s2 law2 03 قانون دوم نیوتون

چون قایق در شکل به سمت جلو حرکت می کند، پس جهت نیروی خالص نیز به سمت راست است در نتیجه جهت شتاب نیز به سمت راست است.

ب) نیروی مقاومت در خلاف جهت حرکت جسم است.(یعنی به سمت چپ)

ph3 s2 law2 04 قانون دوم نیوتون

مثال ۲: شکل زیر نیروهای وارد بر توپ فوتبالی به جرم ۴۲۰ گرم را در بالاترین نقطه مسیرش نشان می دهد که در آن F1 نیروی مقاومت هوا و F2 وزن توپ است. جهت و بزرگی شتاب توپ در این نقطه را تعیین کنید. از نیروهای دیگر وارد بر توپ صرف نظر می شود.

ph3 s2 law2 05 قانون دوم نیوتون

پاسخ :

ph3 s2 law2 06 قانون دوم نیوتون

جهت شتاب در جهت برآیند نیروهای وارد بر جسم است. دقت کنید جهت شتاب همیشه در جهت حرکت جسم نیست. در سوال فوق جهت شتاب با جهت حرکت متفاوت است.

مثال ۳: راننده خودرویی به جرم ۲ تن که با سرعت ۳۶ کیلومتر بر ساعت در یک مسیر مستقیم و افقی در حرکت است، با دیدن مانعی ترمز می کند. در اثر ترمز، خودرو با طی مسافت ۴ متر می ایستد. نیروی مقاوم وارد شده بر خودرو چند نیوتون است؟

پاسخ : ابتدا با استفاده از معادله مستقل از زمان حرکت با شتاب ثابت بر روی خط راست، شتاب حرکت را حساب می کنیم. چون خودرو در نهایت می ایستد تندی نهایی صفر دارد.

ph3 s2 law2 07 قانون دوم نیوتون

با توجه به اینکه نیروی مقاوم در خلاف جهت حرکت است و نیروی پیشرانی هم در حین ترمز کردن وجود ندارد، می توان نیروی خالص وارد بر خودرو را به صورت زیر نمایش داد.

ph3 s2 law2 08 قانون دوم نیوتون

مثال ۴: مطابق شکل زیر، دو نفر به جرم های m1 و m2=0.5m1 روی یک سطح افقی با اصطکاک ناچیز قرار دارند. اگر در ابتدا به فاصله های مساوی از نقطه O قرار داشته باشند و توسط طنابی هر یک دیگری را به سمت خود بکشد، دو شخص در کجا به هم می رسند.

ph3 s2 law2 09 قانون دوم نیوتون

پاسخ : طبق قانون سوم نیوتون نیرویی که شخص یک به شخص دو وارد می کند برابر است با نیرویی که شخص دو به شخص یک وارد می کند. پس خواهیم داشت:

ph3 s2 law2 10 قانون دوم نیوتون

بنابراین شتاب شخص ۲ بیشتر از شتاب شخص ۱ است. یعنی شخص ۲ مسافت بیشتری را طی می کند و در نقطه ای بین o و A به یکدیگر می رسند. ما فقط اندازه شتاب ها را بدست آورده ایم و می دانیم جهت شتاب ها در این سوال در خلاف یکدیگر است.

برای حل مثال های بیشتر از این مبحث باید ابتدا نیروهای خاصی را بشناسیم. از اینرو پس از مطالعه مباحث نیروهای خاص، در یک جزوه دیگر مثال های تکمیلی حل می گردد.


ویدیو آموزشی

به ویدیو آموزشی مطالب بالا که توسط استاد مصطفی کبیری آماده شده است، توجه کنید.


دانلود PDF جزوه بالا




کبیری

از کبیری

مصطفی کبیری کناری متولد سال ۱۳۶۷ در شهرستان فریدونکنار (استان مازندران) ، دبیر فیزیک دبیرستان های شهرستان کلاردشت با سوابق تحصیلی کارشناسی رشته دبیری فیزیک در دانشگاه مازندران و کارشناسی ارشد فیزیک حالت جامد در دانشگاه تربیت مدرس تهران (نا تمام) هستم . هدف از ایجاد این سایت برای من ، ایجاد یک محیطی آموزشی کارآمد است که در آن دانش آموزان بتوانند فیزیک را به صورت پایه ای و مفهومی بیاموزند .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *