Dynamika - zasady Newtona, tarcie i siły w układach
Co sprawdza matura
Dynamika dotyczy trzech zasad Newtona, rozkładu sił na równi pochyłej, tarcia statycznego i kinetycznego, naciągu w układach ciał połączonych oraz siły dośrodkowej rozumianej jako wypadkowa sił rzeczywistych.
Rdzeń pojęciowy
- II zasada w zapisie wektorowym: F_wyp = ma. Równania piszemy osobno dla kierunku ruchu i kierunku prostopadłego.
- III zasada: siły akcja–reakcja mają równe wartości i przeciwne zwroty, ale działają na różne ciała, więc się nie równoważą.
- Tarcie: f_s ≤ μ_s·N (to wartość maksymalna, nie wzór na każdą sytuację), f_k = μ_k·N.
- Równia pochyła: składowa zsuwająca mg·sinα, nacisk N = mg·cosα, przy zsuwaniu a = g(sinα − μcosα).
- Ruch po okręgu: F_d = mv²/r jest wypadkową sił rzeczywistych (grawitacji, naciągu, tarcia), a nie osobną siłą.
- Winda: N = m(g + a) przy ruszaniu w górę, N = m(g − a) przy hamowaniu podczas jazdy w górę.
Przykład
Klocek zsuwa się z równi o α = 30°, μ = 0,2, g = 10 m/s². Nacisk N = 0,866mg, tarcie = 0,173mg, siła zsuwająca = 0,5mg. Zatem a = g(0,5 − 0,173) ≈ 3,3 m/s². Masa skraca się w każdym składniku, więc przyspieszenie nie zależy od masy klocka.
Pułapki
Traktowanie N = mg jako uniwersalnego (na równi i w windzie to błąd); używanie f = μN dla tarcia statycznego, gdy ciało jeszcze się nie porusza; sądzenie, że siły z III zasady się znoszą; pomijanie informacji „porusza się ruchem jednostajnym”, która oznacza wypadkową równą zero.