TEMELJNI ZAKON GIBANJA (Odnos sile, mase i ubrzanja)

a) Jednostavniji zadaci - samo primijenite formulu iz Temeljnog zakona gibanja (F=ma)

1. Koliku akceleraciju daje lopti mase 500 grama udarac nogometaša silom od 2 N?
m = 500 g = 0.5 kg
F = 2 N
-----------------
a = ?
a = F / m = 2 / 0.5 = 4 m/s2.

2. Kolika je masa motocikla kojemu sila od 120 N daje akceleraciju od 0.8 m/s2?
F = 120 N
a = 0.8 m/s2
-----------------
m = ?
m = F / a = 120 / 0.8 = 150 kg

3. Koliku silu razvija motor automobila mase 2 tone, ako se automobil ubrzava akceleracijom od 2.4 m/s2?
m = 2 5 = 2000 kg
a = 2.4 m/s2
-----------------
F = ?
F = m ⋅ a = 2000 kg ⋅ 2.4 m/s2 = 4800 N

4. Kolika sila mora djelovati na tijelo mase 25 kg da se ono giba ubrzanjem 4 m/s2?

5. Na tijelo mase 3 kg djeluje sila 12 N. Koliko ubrzanje ta sila daje tijelu?

6. Kolika je sila motora kojom vozilo mase 3 tone za 8 sekundi ubrzavanja postigne brzinu od 72 km/h?
m = 3 t = 3000 kg
t = 8 s
v = 72 km/h = 20 m/s
------------------
F = ?
a = v / t = 20 / 8 s = 2.5 m/s2.
F = m ⋅ a = 3000 ⋅ 2.5 = 7500 N.

b) Malo složeniji zadaci

1. Na mirno tijelo mase 200 grama djeluje u vremenu 4 sekunde sila od 0.1 N. Koliku brzinu tijelo razvije i koliki put prijeđe za to vrijeme?
m = 200 g = 0.2 kg
t = 4 s
-----------------
v = ?
s = ?
a = F / m = 0.1 N / 0.2 kg = 0.5 m/s2
v = a ⋅ t = 0.5 m/s2 ⋅ 4 s = 2 m/s
s = v ⋅ t / 2 = 2 ⋅ 4 / 2 = 4 m

2. Pod djelovanjem sile od 20 N tijelo se giba s ubrzanjem od 0.4 m/s2. S kolikim će se ubrzanjem gibati to tijelo ako na njega djeluje sila od 50 N?
F1 = 20 N
a1 = 0.4 m/s2
F2 = 50 N
---------
a2 = ?
m = F1a1 = 20 N0.4 m/s² = 50 kg
a2 = F2m = 50 N50 kg = 1 m/s²
Drugi način rješavanja: Ako se sila poveća 50:20 = 2.5 puta, onda se i akceleracija poveća 2.5 puta, pa iznosi 0.4 ∙ 2.5 = 1 m/s²

3. Teretno vozilo mase 4 t počinje se gibati s ubrzanjem od 0.3 m/s2. Koliku masu ima prikolica koju priključimo uz to vozilo ako, uz istu vučnu silu, vozilo s prikolicom postiže ubrzanje 0.2 m/s2?
m1 = 4 t = 4000 kg
a1 = 0.3 m/s²
a2 = 0.2 m/s²
---------------
m2 = ?
F = m1 ∙ a1 = 4000 kg ∙ 0.3 m/s² = 1200 N
F = m ∙ a2 => m = 1200 Na2 = F0.2 m/s² = 6000 kg (ukupna masa = vozilo + prikolica)
m = m1 + m2
m2 = m - m1 = 6000 kg - 4000 kg = 2000 kg = 2 tone (masa prikolice)

4. Automobil mase 1800 kg krenuo je iz stanja mirovanja po horizontalnom putu i 10 sekunda nakon početka gibanja postigao brzinu od 30 m/s. Odredite vučnu silu motora automobila ako se gibao jednoliko ubrzano?
m = 1800 kg
t = 10 s
v = 30 m/s
-----------
Ubrzanje kojim se automobil pokrenuo: a = vt = 30 m/s10 s = 3 m/s²
Vučna sila: F = m ∙ a = 1800 kg ∙ 3 m/s² = 5400 N

5. Lokomotiva vuče 10 vagona, svaki mase 10 tona, po vodoravnom dijelu pruge. Kolika je potrebna vučna sila za jednoliko ubrzanje od 0.5 m/s2 ako zanemarimo trenje između kotača i tračnica?
masa 10 vagona m = 10 ∙ 10 t = 100 t = 100 000 kg
a = 0.5 m/s²
-------------------------------------------
F = ?
F = m ∙ a = 100 000 kg ∙ 0.5 m/s² = 50 000 N = 50 kN