Applicazioni della seconda legge del moto di Newton - prassilabs (2023)

Ultimo aggiornamento 11 aprile 2023 da parte diSara Assem

Le leggi del moto di Newtonsono tre leggi fisiche che fondano la scienza della cinematica. Queste leggi descrivono la relazione tra il moto di un oggetto e la forza che agisce su di esso. Sono essenziali perché sono il fondamento della meccanica classica, una delle principali branche della fisica. EraIsacco Newtonche ha stabilito queste leggi, e ha usato queste leggi per spiegare molti sistemi e fenomeni fisici.

In questo articolo, ci concentreremo sugli esempi e sulle applicazioni più comuni della seconda legge del moto di Newton nella vita quotidiana.

La seconda legge di Newton studia il movimento di un oggetto quando le forze esterne lo influenzano. Quando una forza costante colpisce un oggetto enorme, lo fa accelerare, cioè cambiare la sua velocità, a una velocità costante.

La seconda legge di Newtonè una descrizione quantitativa dei cambiamenti che aforzapuò produrre sulmovimentodi un corpo. Afferma che il tasso temporale di cambiamento delquantità di motodi un corpo è uguale sia in modulo che in direzione alla forza che gli viene applicata.

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Sir Isacco Newton

Se vogliamo parlare di meccanica classica e di applicazioni della seconda legge del moto di Newton nella vita quotidiana, dobbiamo prima fare luce sul fondatore di queste leggi e su colui che ha il merito di avercele fatte emergere, Sir Isaac Newton. Ecco alcuni fatti rapidi su Isaac Newton.

Le leggi del moto di Newton furono pubblicate per la prima volta da Isaac Newton nel suoPrincipi matematici della filosofia naturalenel 1687 nel 1687, che è la base dimeccanica classica. Newton usò queste leggi per spiegare e investigare molti fenomeni fisici. Newton ha dimostrato che queste leggi oltre alla legge della gravitazione universale sono in grado di spiegareLe leggi di Keplero sul moto planetario, e queste leggi sono ancora tra le leggi fisiche più importanti finora.

Per ulteriori informazioni su Sir Isaac Newton e le altre leggi del moto, visita il nostro articoloApplicazioni delle leggi del moto di Newton nella vita quotidiana.

Enuncia e dimostra la seconda legge del moto di Newton

"Se una forza colpisce un oggetto, l'oggetto guadagna accelerazione, proporzionale alla sua forza e inversamente proporzionale alla sua massa."

Enunciato della seconda legge di Newton

La seconda legge del moto di Newton afferma che la forza applicata al sistema è uguale alla velocità di variazione della quantità di moto nel tempo.

Quindi, F=dP/dt​

Ma P=mv

Quindi, F=d(mv)​/dt

Oppure F=m(dv/dvt)

⟹F=ma

Appunti

• L'accelerazione, a, è definita come un cambiamento di velocità, ovvero un cambiamento nella sua grandezza o direzione, o entrambi.
• Una forza esterna è quella che agisce su un sistema dall'esterno del sistema, al contrario delle forze interne, che agiscono tra i componenti all'interno del sistema.
• La seconda legge del moto di Newton afferma che l'accelerazione di un sistema è direttamente proporzionale e nella stessa direzione della forza esterna netta che agisce sul sistema e inversamente proporzionale alla sua massa.
• Inequazioneforma, la seconda legge del moto di Newton è a=Fnettoin=FnettoM.
• Questo è spesso scritto nella forma più familiare: Fnetto=MUN.
• Il peso w di un oggetto è definito come la forza di gravità che agisce su un oggetto di massaM. L'oggetto subisce un'accelerazione dovuta alla gravità g:

w =MG.

• Se l'unica forza che agisce su un oggetto è dovuta alla gravità, l'oggetto è in caduta libera.
• L'attrito è una forza che si oppone al movimento reciproco di oggetti che si toccano.

La seconda legge di Newton studia il movimento di un oggetto quando le forze esterne lo influenzano. Quando una forza costante colpisce un oggetto enorme, lo fa accelerare, cioè cambiare la sua velocità, a una velocità costante.

Nel caso più semplice, la forza che agisce su un oggetto fermo lo fa accelerare nella direzione della forza. Tuttavia, se l'oggetto è effettivamente in movimento, potrebbe sembrare che l'oggetto stia accelerando, rallentando o cambiando direzione a seconda della direzione della forza, delle direzioni prese dall'oggetto e del sistema di riferimento in cui si sta muovendo. l'uno all'altro.

Matematicamente, la seconda legge di Newton può essere espressa attraverso la seguente equazione:

dove F è la forza risultante, m è la massa dell'oggetto e a è l'accelerazione del corpo.

Questa relazione applica il principio di conservazione della quantità di moto, ovvero quando la somma delle forze risultanti che agiscono sull'oggetto è uguale a zero, la quantità di moto dell'oggetto rimane costante. La forza risultante è uguale alla velocità di variazione della quantità di moto.

Questa legge significa anche che quando due forze uguali agiscono su due corpi diversi, l'oggetto con massa maggiore avrà minore accelerazione e moto più lento, e l'oggetto con massa minore avrà maggiore accelerazione. Ad esempio, per illustrare:

Se abbiamo due motori simili, uno per un'auto grande e l'altro per un'auto piccola, allora quello piccolo avrà più accelerazione perché la sua massa è minore e quello grande avrà meno accelerazione perché la sua massa è maggiore.

Video esplicativo della seconda legge di Newton

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10 esempi della seconda legge del moto di Newton nella vita quotidiana

Vediamo sempre le applicazioni della seconda legge del moto di Newton nella vita quotidiana quando:

1· Prova a spostare un oggetto

come fermare una palla in movimento che rotola a terra.

2· Spingere un'auto e un camion

La seconda legge del moto di Newton può essere osservata confrontando l'accelerazione prodotta in un'auto e in un camion dopo aver applicato ad entrambi una forza uguale. È facile notare che dopo aver spinto con la stessa intensità un'auto e un camion, l'auto accelera più del camion. Questo perché la massa dell'auto è inferiore alla massa del camion.

3· Macchine da corsa

Ridurre il peso delle auto da corsa per aumentarne la velocità, gli ingegneri cercano di mantenere la massa del veicolo il più bassa possibile, poiché una massa inferiore significa maggiore accelerazione e maggiore è l'accelerazione maggiori sono le possibilità di vincere la gara.

4· Lancio del razzo

Affinché un razzo lasci l'orbita terrestre ed entri nello spazio, è necessaria una forza chiamata spinta. Secondo la seconda legge del moto data da Sir Issac Newton, la forza è proporzionale all'accelerazione; pertanto, per lanciare un razzo, viene aumentata l'entità della spinta, che a sua volta aumenta l'accelerazione. La velocità raggiunta dal razzo lo aiuta finalmente a sfuggire al campo gravitazionale terrestre ed entrare nello spazio.

5· Calcia la palla

Quando calciamo il pallone esercitiamo una forza in una direzione specifica, che è la direzione in cui si muoverà il pallone. Inoltre, maggiore è la forza con cui viene calciato il pallone, maggiore è la forza che gli applichiamo e più lontano è il pallone.

6· Incidente d'auto

Durante un incidente automobilistico, esiste una forza tra l'ostacolo e l'auto, nota come forza d'urto. L'entità della forza d'impatto dipende dalla massa degli oggetti coinvolti nella collisione e dalla velocità con cui gli oggetti si muovono. Ciò significa che maggiore è la massa degli oggetti coinvolti nell'urto, maggiore sarà l'intensità della forza d'urto. Allo stesso modo, maggiore è l'accelerazione con cui si muove l'auto, maggiore sarà l'entità della forza d'urto.

7· Due persone che camminano

Delle due persone che camminano, se una è più pesante dell'altra, quella che pesa di più cammina più lentamente perché l'accelerazione di quella che pesa di più è maggiore.

8· Oggetto lanciato dall'alto

Quando un oggetto viene lanciato da una certa altezza, l'attrazione gravitazionale della terra lo aiuta a sviluppare l'accelerazione. L'accelerazione aumenta man mano che l'oggetto avanza verso la terra. Secondo la seconda legge del moto di Newton, l'accelerazione sviluppata da un corpo è direttamente proporzionale alla forza. Quando l'oggetto colpisce il suolo, entra in azione la forza d'urto. Questo è il motivo per cui un oggetto fragile lanciato da un edificio alto subisce una maggiore deformità rispetto alla situazione in cui lo stesso oggetto viene lanciato da un edificio relativamente più basso.

9· Giocatore di karatè che rompe la lastra di mattoni

Un giocatore di karate utilizza la seconda legge del movimento per eseguire il compito di rompere una lastra di mattoni. Poiché, secondo la legge, la forza è proporzionale all'accelerazione, il giocatore tende a muovere rapidamente le mani sulla lastra di mattoni. Questo lo aiuta a guadagnare accelerazione e produrre una quantità proporzionata di forza. La forza è sufficiente per rompere i mattoni.

10· Guidando una macchina

In termini semplici, la seconda legge del moto di Newton afferma che se la forza viene applicata a qualsiasi oggetto dotato di massa, ciò risulterà nella produzione di una quantità equivalente di accelerazione nell'oggetto. Ad esempio, quando accendiamo il sistema di accensione dell'auto, il motore dell'auto produce una forza sufficiente che consente all'auto di muoversi con un'accelerazione proporzionale.

Applicazioni della seconda legge del moto di Newton nello sport

Le leggi del moto di Newton costituiscono la base per i principi utilizzati nei movimenti sportivi. Metodi di allenamento che si discostano da queste leggi non avrebbero meccanicamente senso. Suggerimenti per prestazioni sportive efficienti sono costruiti attorno a queste leggi e principi.

• Baseball

Normalmente, la palla da baseball è ferma, ha bisogno di una forza esterna per muoversi: viene lanciata o colpita. La distanza percorsa dalla palla dipende dalla quantità di forza che agisce su di essa.

Se un giocatore di baseball colpisce una palla con una forza doppia, la velocità con cui la palla accelererà (accelererà) sarà raddoppiata

• Tennis

Una palla sviluppa una certa quantità di accelerazione dopo essere stata colpita. L'accelerazione con cui si muove la pallina è direttamente proporzionale alla forza ad essa applicata. Ciò significa che più forte colpisci la palla, più velocemente si muoverà, dimostrando così la seconda legge del moto di Newton nella vita quotidiana.

• Giocatore di karatè che rompe la lastra di mattoni

Un giocatore di karate utilizza la seconda legge del movimento per eseguire il compito di rompere una lastra di mattoni. Poiché, secondo la legge, la forza è proporzionale all'accelerazione, il giocatore tende a muovere rapidamente le mani sulla lastra di mattoni. Questo lo aiuta a guadagnare accelerazione e produrre una quantità proporzionata di forza. La forza è sufficiente per rompere i mattoni.

• Calcio

I giocatori di football possono rallentare, fermare o invertire la direzione degli altri giocatori a seconda di quanta forza possono generare e in quale direzione.

Quando calciamo il pallone esercitiamo una forza in una direzione specifica, che è la direzione in cui si muoverà il pallone. Inoltre, maggiore è la forza con cui viene calciato il pallone, maggiore è la forza che gli applichiamo e più lontano è il pallone.

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Esempi di legge di accelerazione nella vita reale

• È più facile spingere un carrello della spesa vuoto che uno pieno, perché il carrello pieno ha più massa di quello vuoto. Ciò significa che è necessaria più forza per spingere il carrello.

• La legge dell'accelerazione può essere osservata confrontandol'accelerazione prodotta in un'auto e in un camion dopo aver applicato ad entrambi una forza uguale. È facile notare che dopo aver spinto con la stessa intensità un'auto e un camion, l'auto accelera più del camion.

(Se usi la stessa forza per spingere un camion e un'auto, l'auto avrà più accelerazione del camion perché l'auto ha meno massa.)

• Se un'auto gira una curva a velocità costante, sta accelerando perché la sua direzione sta cambiando. Più veloce giri, maggiore è l'accelerazione. Quindi c'è un'accelerazione quando la velocità cambia in grandezza (un aumento o una diminuzione della velocità) o in direzione, o entrambi.

Esempi di vita reale della seconda legge di Newton

• Andare in bicicletta è un buon esempio di questa legge del moto al lavoro. La tua bicicletta è la massa. I muscoli delle gambe che spingono sui pedali della tua bicicletta sono la forza. Quando spingi sui pedali, la tua bicicletta accelera. Stai aumentando la velocità della bicicletta applicando forza sui pedali.

• Quando si viaggia in macchina, quando l'auto accelera, sentiamo lo schienale del sedile che ci spinge in avanti. Lo schienale del nostro sedile esercita una forza sulla nostra schiena che è proporzionale all'accelerazione e al nostro peso (massa).

• Quando un oggetto cade in caduta libera sul terreno, accelera perché la forza di gravità della terra lo attira.

Domande e risposte rapide sull'applicazione della seconda legge del moto di Newton

Quale tecnologia utilizza la seconda legge del moto di Newton?

Esistono molte tecnologie basate sulle leggi del moto di Newton.Ad esempio, la seconda legge del moto di Newton fornisce le basi per gran parte della matematica nell'ingegneria meccanica.

Nello studio della dinamica, gli ingegneri applicano la seconda legge di Newton per prevedere il moto di un oggetto soggetto a una forza netta. Usando l'equazione F = ma, gli ingegneri possono modellare la posizione, la velocità e l'accelerazione di un oggetto, oppure possono misurare questi valori per conoscere le forze che agiscono sull'oggetto.

Nel campo della statica, gli ingegneri usano la seconda legge di Newton per calcolare le forze che agiscono su oggetti stazionari. Poiché l'accelerazione di un oggetto non in movimento è zero, le forze che agiscono sull'oggetto devono sommarsi a zero. Ad esempio, nella progettazione delle strutture, gli ingegneri applicano la seconda legge di Newton per calcolare le forze che agiscono sui giunti nella struttura di edifici e ponti.

Come si può ottenere la prima legge del moto di Newton dalla seconda legge del moto?

Quando la forza netta è zero e quando ci si muove a velocità costante.

La prima legge del moto di Newton afferma che un corpo fermo rimarrà fermo a meno che una forza esterna non agisca su di esso, e un corpo in movimento a velocità costante rimarrà in movimento in linea retta a meno che non agisca su di una forza esterna.

Se un corpo subisce un'accelerazione (o decelerazione) o un cambio di direzione del moto, deve avere una forza esterna che agisce su di esso. Le forze esterne sono talvolta chiamate forze nette o forze non bilanciate.

La seconda legge della dinamica afferma che se una forza squilibrata agisce su un corpo, quel corpo subirà un'accelerazione (o una decelerazione), cioè un cambiamento di velocità.

Quindi, le forze esterne sono talvolta chiamate forze nette. Se la forza netta che agisce su un corpo in movimento è zero, il corpo sarà a velocità costante. Quindi la prima legge del moto di Newton può essere ottenuta dalla seconda legge del moto.

In che modo la prima legge del moto giace nella seconda legge del moto?

La prima legge del moto di Newton afferma che un corpo rimarrà fermo o continuerà il suo percorso con velocità costante a meno che una forza esterna non agisca su di esso.

La seconda legge del moto di Newton afferma che la forza netta che agisce su un corpo è uguale alla massa del corpo moltiplicata per l'accelerazione dovuta alla forza netta. In altre parole, Fnet=ma.

Ora, si può sostenere che la seconda legge del moto di Newton porta alla prima legge. Considera questo: poiché Fnet=ma, con forza netta zero (nessuna forza esterna), 0=ma.

Ora, m è un valore positivo finito. In altre parole, ciò significa che a=0. Per definizione, quindi, esiste una velocità costante (possibilmente velocità zero costante). Quindi, sembra che la seconda legge del moto di Newton porti alla prima legge.

Perché la seconda legge del moto è la più importante?

La seconda legge del moto di Newton F=ma è molto importante perché mostra la relazione tra forze e moto. Permette di calcolare l'accelerazione (e quindi la velocità e la posizione) di un oggetto con forze note. Questo è incredibilmente prezioso per scienziati, ingegneri, inventori, ecc.

Quali sono i due fattori che influenzano la seconda legge di Newton?

La seconda legge afferma che l'accelerazione di un oggetto dipende da due variabili: la forza netta che agisce sull'oggetto e la massa dell'oggetto. L'accelerazione di un oggetto dipende direttamente dalla forza netta che agisce sull'oggetto e inversamente dalla massa dell'oggetto.

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