Zasady dynamiki Newtona opisują, jak siły zmieniają ruch ciał. Pierwsza mówi, że bez siły wypadkowej ciało nie zmienia prędkości. Druga, że przyspieszenie zależy od siły i masy: . Trzecia, że ciała działają na siebie parami sił równych co do wartości i przeciwnie skierowanych.
Poniżej znajdziesz każdą zasadę na przykładzie z życia, najczęstszy błąd z lekcji, ciekawostkę i 3 zadania rozwiązane krok po kroku.
Pierwsza zasada dynamiki: kiedy ciało nie zmienia prędkości
Jeśli na ciało nie działa żadna siła albo siły się równoważą, ciało spoczywa albo porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Tę właściwość nazywamy bezwładnością.
Przykład: w hamującym autobusie lecisz do przodu. Nic Cię nie pcha. Twoje ciało chce dalej jechać z tą samą prędkością, a autobus zwalnia.
Druga zasada dynamiki: jak obliczyć przyspieszenie z F = ma
Gdy siły się nie równoważą, ciało przyspiesza. Przyspieszenie jest tym większe, im większa siła wypadkowa, i tym mniejsze, im większa masa:
Tu to siła wypadkowa w niutonach (N), to masa w kilogramach (kg), a to przyspieszenie w m/s². Siła 1 N nadaje ciału o masie 1 kg przyspieszenie 1 m/s².
Przykład: pusty wózek w sklepie łatwo rozpędzić. Pełny wózek pchany tą samą siłą przyspiesza wolniej, bo ma większą masę.
Trzecia zasada dynamiki: dlaczego akcja i reakcja się nie znoszą
Jeśli ciało A działa na ciało B siłą, to ciało B działa na ciało A siłą o tej samej wartości i przeciwnym zwrocie. To para sił akcji i reakcji.
Przykład: odpychasz się od ściany na rolkach. Ty działasz na ścianę, a ściana działa na Ciebie. Dlatego odjeżdżasz do tyłu.
| Zasada | Co mówi | Przykład z życia |
|---|---|---|
| Pierwsza | Bez siły wypadkowej prędkość się nie zmienia | Pasażer leci do przodu, gdy autobus hamuje |
| Druga | Pełny wózek rozpędza się wolniej niż pusty | |
| Trzecia | Akcja i reakcja: równe, przeciwne, na różne ciała | Odpychasz się od ściany i odjeżdżasz |
Najczęstszy błąd: siła potrzebna do ruchu
Ciekawostka: obrus i talerze
Iluzjoniści wyciągają obrus spod talerzy tak, że naczynia zostają na stole. To pierwsza zasada dynamiki w praktyce. Obrus porusza się bardzo krótko, więc siła tarcia działa na talerze tylko przez ułamek sekundy. Talerze dzięki bezwładności prawie nie zmieniają prędkości i zostają na miejscu.
Lepiej nie próbuj tego z babcinym serwisem.
Zadania z rozwiązaniem krok po kroku
W zadaniach przyjmij i pomiń opory ruchu, jeśli treść nie mówi inaczej.
Zadanie 1
odpowiedź liczbowaNa wózek o masie 2 kg działa pozioma siła 6 N. Oblicz przyspieszenie wózka.
Pokaż rozwiązanie
- Wypisz dane: , .
- Skorzystaj z drugiej zasady dynamiki:
Odpowiedź: wózek porusza się z przyspieszeniem 3 m/s².
Zadanie 2
odpowiedź liczbowaSamochód o masie 1200 kg jedzie z prędkością 20 m/s i zatrzymuje się w ciągu 4 s. Oblicz wartość siły hamowania. Przyjmij, że samochód hamuje ze stałym opóźnieniem.
Pokaż rozwiązanie
- Oblicz wartość przyspieszenia. Prędkość spada o 20 m/s w ciągu 4 s:
- Oblicz siłę z drugiej zasady dynamiki:
Odpowiedź: siła hamowania ma wartość 6000 N, czyli 6 kN.
Zadanie 3
odpowiedź liczbowaOla (40 kg) i Tomek (60 kg) stoją na lodowisku i odpychają się dłońmi. Ola uzyskuje przyspieszenie 1,5 m/s². Oblicz przyspieszenie Tomka.
Pokaż rozwiązanie
- Oblicz siłę, z jaką Tomek działa na Olę:
- Z trzeciej zasady dynamiki Ola działa na Tomka siłą o tej samej wartości, 60 N, ale przeciwnie skierowaną.
- Oblicz przyspieszenie Tomka:
Odpowiedź: Tomek uzyskuje przyspieszenie 1 m/s² i odjeżdża w przeciwną stronę niż Ola. Siły są równe, ale Tomek ma większą masę, więc przyspiesza wolniej.
Zasady dynamiki na maturze z fizyki
Na maturze z fizyki, która od 2023 roku jest tylko na poziomie rozszerzonym, zasady dynamiki wracają w zadaniach z równią pochyłą, windą i ciałami połączonymi nicią. Zmiany w programie liceum opisujemy w artykule o nowej podstawie programowej z fizyki.
Podsumowanie
- Pierwsza zasada: bez siły wypadkowej ciało nie zmienia prędkości.
- Druga zasada: , gdzie F to siła wypadkowa.
- Trzecia zasada: akcja i reakcja mają równe wartości, przeciwne zwroty i działają na różne ciała.
- Siła jest potrzebna do zmiany prędkości, a nie do samego ruchu.
Odnowiony kurs Fizyka Gryzie dla klas 7–8 szkoły podstawowej i klas 1–3 liceum w zakresie podstawowym już wkrótce. Wszystkie kursy Nauki Gryzie znajdziesz na stronie z kursami.