Kafli 4 - Hugtakaspurningar

Hugtakaspurningar

4.1 Þróun krafthugtaksins

Leggðu til kraftstaðal sem er frábrugðinn dæminu um strekktan gorm sem rætt var í textanum. Staðallinn þinn verður að geta framkallað sama kraftinn ítrekað.

Hvaða eiginleika hafa kraftar sem gera okkur kleift að flokka þá sem vigra?

4.2 Fyrsta lögmál Newtons um hreyfingu: Tregða

Hvernig tengjast tregða og massi?

Hvert er sambandið milli þyngdar og massa? Hvor er innri, óbreytanlegur eiginleiki hlutar?

4.3 Annað lögmál Newtons um hreyfingu: Hugtakið kerfi

Hvort er rétt? (a) Heildarkraftur veldur hreyfingu. (b) Heildarkraftur veldur breytingu á hreyfingu. Útskýrðu svarið og gefðu dæmi.

Af hverju getum við hunsað krafta eins og þá sem halda líkama saman þegar við beitum öðru lögmáli Newtons um hreyfingu?

Útskýrðu hvernig valið á „viðfangskerfinu“ hefur áhrif á hvaða krafta þarf að taka tillit til þegar öðru lögmáli Newtons um hreyfingu er beitt.

Lýstu aðstæðum þar sem heildarytrikraftur á kerfi er ekki núll, en hraði þess helst samt óbreyttur.

Kerfi getur haft hraðavigur sem er ekki núll á meðan heildarytrikrafturinn á það er núll. Lýstu slíkum aðstæðum.

Steini er kastað beint upp. Hver er heildarytrikrafturinn sem verkar á steininn þegar hann er á hæsta punkti ferils síns?

(a) Gefðu dæmi um mismunandi heildarytrikrafta sem verka á sama kerfi og valda mismunandi hröðun. (b) Gefðu dæmi um sama heildarytrikraft sem verkar á kerfi með mismunandi massa og veldur mismunandi hröðun. (c) Hvaða lögmál lýsir báðum áhrifunum nákvæmlega? Tilgreindu það með orðum og sem jöfnu.

Ef hröðun kerfis er núll, verka þá engir ytri kraftar á það? Hvað með innri krafta? Útskýrðu svör þín.

Ef stöðugur kraftur, sem er ekki núll, verkar á hlut, hvað geturðu sagt um hraða og hröðun hlutarins?

Þyngdarkrafturinn á körfuboltann í Mynd 4.9 er hunsaður. Þegar þyngdarkrafturinn er tekinn með í reikninginn, hver er stefna heildarytrikraftsins á körfuboltann — fyrir ofan lárétt, fyrir neðan lárétt eða ennþá lárétt?

4.4 Þriðja lögmál Newtons um hreyfingu: Samhverfa í kröftum

Þegar þú ferð í loftið í þotu finnurðu fyrir því að þrýstast aftur í sætið. Útskýrðu hvers vegna þú hreyfist aftur á bak í sætinu – er raunverulega kraftur sem verkar aftur á bak á þig? (Sömu rök útskýra hálshnykkjáverka, þar sem höfðinu er að því er virðist kastað aftur á bak.)

Tæki sem hefur verið notað síðan á fimmta áratugnum til að mæla bakslag eða hrökk líkamans vegna hjartsláttar er „ballistocardiograph“ (hjartsláttarrit). Hvaða eðlisfræðilögmál eiga við hér til að mæla kraft hjartasamdráttar? Hvernig gætum við smíðað slíkt tæki?

Lýstu aðstæðum þar sem eitt kerfi beitir krafti á annað og verður þar af leiðandi fyrir krafti sem er jafnstór og í gagnstæða átt. Hvaða hreyfilögmál Newtons eiga við?

Af hverju hrökkur venjulegur riffill (slær aftur á bak) þegar skotið er úr honum? Hlaup hrökklausra riffla er opið í báða enda. Lýstu því hvernig þriðja lögmál Newtons á við þegar skotið er úr slíkum riffli. Er óhætt að standa nálægt fyrir aftan hann þegar skotið er?

Línumaður í amerískum fótbolta rökstyður að það sé tilgangslaust að reyna að ýta harðar en andstæðingurinn, því sama hversu fast hann ýtir mun hann verða fyrir jafnstórum og gagnstæðum krafti frá hinum leikmanninum. Notaðu lögmál Newtons og teiknaðu kraftamynd af viðeigandi kerfi til að útskýra hvernig hann getur samt ýtt harðar en andstæðingurinn ef hann er nógu sterkur.

Þriðja lögmál Newtons um hreyfingu segir okkur að kraftar koma alltaf fyrir í pörum af jafnstórum og gagnstæðum stærðum. Útskýrðu hvernig valið á „athugunarkerfinu“ hefur áhrif á hvort slíkt kraftapar núllist út.

4.5 Þverkraftur, spenna og önnur dæmi um krafta

Ef fótur er hengdur upp í togkerfi eins og sýnt er á Mynd 4.31, hver er þá spennan í reipinu?

Diagram of a leg in traction. — Mynd 4.31 Fótur er hengdur upp í togkerfi þar sem vírar eru notaðir til að flytja krafta. Núninglausar trissur breyta stefnu kraftsins T án þess að breyta stærð hans.

Hvernig gætum við aukið kraftinn eftir sköflungnum með því að nota sömu þyngd í togkerfi fyrir beinbrot, með trissum og reipi tiltækum? (Sjá Mynd 4.31.) (Athugið að sköflungurinn er beinið sem sýnt er á þessari mynd.)

4.7 Frekari notkun á lögmálum Newtons um hreyfingu

Til að herma eftir sýndarþyngdarleysi á sporbaug um jörðu eru geimfarar þjálfaðir í flutningavél sem hraðar sér niður á við með hröðuninni ${{g}}$ . Hvers vegna virðast þeir vera þyngdarlausir, mælt með því að standa á baðvog, í þessu hröðunarviðmiðunarkerfi? Er einhver munur á sýndarþyngdarleysi þeirra á sporbaug og í flugvélinni?

Í teiknimynd sést hattur fjúka af höfði farþega í lyftu þegar lyftan stöðvast snögglega á leið upp. Getur þetta raunverulega gerst án þess að viðkomandi sé bundinn við gólf lyftunnar? Útskýrðu svarið.

4.8 Ítarefni: Inngangur að grunnkröftunum fjórum

Útskýrðu, með hliðsjón af eiginleikum grunnkraftanna fjögurra, hvers vegna fólk tekur eftir þyngdarkraftinum sem verkar á líkama þess ef hann er tiltölulega svo veikur kraftur.

Hver er ríkjandi kraftur milli stjarnfræðilegra fyrirbæra? Hvers vegna eru hinir þrír grunnkraftarnir minna mikilvægir yfir þessar mjög miklu vegalengdir?

Gefðu nákvæmt dæmi um hvernig skipti á ögn geta leitt til aðdráttarkrafts. (Íhugaðu til dæmis eitt barn sem togar leikfang úr höndum annars.)