Күштер мен қозғалыс: жүк тиелген арбаны үдету неге қиынырақ

Бос және жүк тиелген арбаны бірдей күшпен итеріп көрдіңіз деп елестетіңіз. Қайсысының жылдамдығы оңайырақ өзгереді? Болжамыңызды есте сақтаңыз.

Күш денеге әсер етуді, мысалы итеру немесе тартуды сипаттайды және ньютонмен (N) өлшенеді. Арбаның қозғалысын болжау үшін алдымен сол арбаға әсер ететін барлық күшті қосыңыз. Олардың жалпы әсерін теңәрекетті күш сипаттайды.

Бір бағыттағы күштер қосылады: оңға бағытталған 3 N және 5 N күштер қосылып, оңға 8 N береді. Бағыттары қарама-қарсы болса, үлкен модульден кішісін азайтыңыз. Теңәрекетті күш үлкен күштің бағытымен бағытталады.

Оң бағыт ретінде оңға қарай бағытты аламыз: F_net = F_right − F_left. Мұндағы right және left сәйкесінше оңға және солға бағытталған күштердің қосындысын білдіреді.

Жылдамдық векторының модулі мен бағыты бар. Үдеу жылдамдықтың әр секунд сайын қалай өзгеретінін көрсетеді. Оның өлшем бірлігі: m/s². Оңға бағытталған тұрақты 2 m/s² үдеу жылдамдықтың оң бағыттағы проекциясын әр секунд сайын 2 m/s-ке өзгертеді.

Масса килограммен (kg) өлшенеді. Масса артқан сайын дененің инерттілігі де артады: оның жылдамдығын өзгерту қиындайды. Масса күш емес.

Шешу үлгісі. Массасы 3 kg арбаға оңға 10 N тарту күші және солға 4 N күш әсер етеді.

1. Теңәрекетті күшті табыңыз: 10 − 4 = 6 N, оңға.
2. Массаға бөліңіз: a = 6 / 3 = 2 m/s².
3. Бағытын көрсетіңіз: оңға 2 m/s².

Күштердің бағыттарын ауыстырсақ, F_net = −6 N және a = −2 m/s² болады. Минус таңбасы теріс массаны емес, солға бағытты білдіреді.

Масса тұрақты болса, теңәрекетті күшті екі есе арттыру үдеуді де екі есе арттырады. Нөлден өзгеше теңәрекетті күш тұрақты болса, массаны екі есе арттыру үдеуді екі есе азайтады. Күшті үш есе арттыру үдеуді үш есе арттырады; массаны үш есе арттыру үдеуді үш есе азайтады. Күшті екі есе азайту үдеуді екі есе азайтады, ал массаны екі есе азайту үдеуді екі есе арттырады.

Мысалы, 2 kg массаға әсер ететін 6 N күш 3 m/s² үдеу береді. Тек күшті 12 N-ға арттырсаңыз, 6 m/s² шығады. Немесе 6 N күшті сақтап, массаны 4 kg-ға арттырсаңыз, 1,5 m/s² шығады. Екеуін де 12 N және 4 kg етіп өзгертсеңіз, қайтадан 3 m/s² аласыз. Маңыздысы: F_net / m қатынасы.

Бағытқа мұқият болыңыз. Арба оңға 3 m/s жылдамдықпен қозғалып келеді, массасы 2 kg, ал теңәрекетті күш солға 4 N болсын. Үдеуі солға 2 m/s², сондықтан арба бастапқыда баяулайды. Күш әсері жалғасса, арба тоқтап, кейін кері бағытта қозғалуы мүмкін.

Қозғалыс бағытымен бағытталған үдеу жылдамдық модулін арттырады. Қозғалысқа қарсы үдеу бастапқыда оны азайтады. Тек үдеуге қарап, арбаның қазір қай бағытта қозғалып келе жатқанын білу мүмкін емес.

Дереккөздер: заңдар мен өлшем бірліктері NASA Glenn орталығының «Ньютонның қозғалыс заңдары» және «Қозғалыстың бірінші және екінші заңдары» материалдарына негізделген. Арба мысалдары мен күштер зертханасы идеалдандырылған оқу модельдері болып табылады.