Lecția II.15.3 conține următoarele grupuri de exerciții:

Alege rezolvarea exercițiului:

Exercițiul 1 (gratuit)

Rezolvare scurtă

Datele problemei: \( \rho = 2,5 \text{ g/cm}^3 \) \( l = 40 \text{ mm} = 4 \text{ cm} \) \( g = 9,8 \text{ N/kg} \) Volumul cubului:\[ V = l^3 = (4 \text{ cm})^3 = 64 \text{ cm}^3 \]Masa cubului:\[ m = \rho \cdot V = 2,5 \text{ g/cm}^3 \cdot 64 \text{ cm}^3 = 160 \text{ g} = 0,16 \text{ kg} \]Greutatea cubului:\[ G = m \cdot g = 0,16 \text{ kg} \cdot 9,8 \text{ N/kg} = 1,568 \text{ N} \]

Rezolvare detaliată

Pasul 1: Transformarea unităților de măsură în Sistemul Internațional

Pentru a efectua calcule corecte în fizică, este recomandat să transformăm toate mărimile în unități de măsură standard (SI). - Latura cubului: \( l = 40 \text{ mm} = 4 \text{ cm} = 0,04 \text{ m} \) - Densitatea sticlei: \( \rho = 2,5 \text{ g/cm}^3 = 2500 \text{ kg/m}^3 \) - Accelerația gravitațională (constantă): \( g \approx 9,8 \text{ N/kg} \) (sau rotunjit \( 10 \text{ N/kg} \) conform cerințelor școlare uzuale).

Pasul 2: Calcularea volumului cubului

Volumul unui cub se calculează ridicând lungimea laturii la puterea a treia. Vom folosi valoarea în centimetri pentru a ușura calculul masei ulterior, sau direct în metri. Folosind \( l = 4 \text{ cm} \): \[ V = l^3 = l \cdot l \cdot l \] \[ V = 4 \text{ cm} \cdot 4 \text{ cm} \cdot 4 \text{ cm} = 64 \text{ cm}^3 \]

Pasul 3: Calcularea masei cubului

Masa se determină din formula densității, înmulțind densitatea materialului cu volumul corpului. \[ \rho = \frac{m}{V} \implies m = \rho \cdot V \] \[ m = 2,5 \text{ g/cm}^3 \cdot 64 \text{ cm}^3 = 160 \text{ g} \] Transformăm masa în kilograme pentru a calcula greutatea în Newtoni: \[ m = \frac{160}{1000} \text{ kg} = 0,16 \text{ kg} \]

Pasul 4: Calcularea greutății

Greutatea este forța cu care Pământul atrage corpul și se calculează folosind masa și accelerația gravitațională. \[ G = m \cdot g \] \[ G = 0,16 \text{ kg} \cdot 9,8 \text{ N/kg} = 1,568 \text{ N} \] Dacă folosim valoarea aproximativă \( g = 10 \text{ N/kg} \): \[ G = 0,16 \text{ kg} \cdot 10 \text{ N/kg} = 1,6 \text{ N} \]

Rezolvare scurtă:

\( l = 4 \text{ cm} \implies V = 4^3 = 64 \text{ cm}^3 \) \( m = \rho \cdot V = 2,5 \cdot 64 = 160 \text{ g} = 0,16 \text{ kg} \) \( G = m \cdot g = 0,16 \cdot 9,8 = 1,568 \text{ N} \)

Cele mai importante aspecte ale lecției

Mișcarea și Repausul sunt relative (depind de reper). Viteza medie este raportul dintre distanță și timp ($v = d / \Delta t$), iar variația vitezei definește accelerația ($a = \Delta v / \Delta t$).
Inerția este tendința de păstrare a mișcării/repausului, iar masa (kg) măsoară această inerție.
Raportul dintre masă și volum reprezintă Densitatea ($\rho = m/V$).
Forța (N) măsoară interacțiunea dintre corpuri, fiind de contact sau la distanță. Are efecte de deformare sau de accelerare a corpurilor. Tipuri esențiale:
  • Greutatea: $G = mg$ (atracția planetei, orientată vertical în jos).
  • Forța de frecare: opusă mișcării.
  • Forța elastică: $F_e = k \Delta l$ (se opune deformării).
Un corp ale cărui dimensiuni pot fi neglijate în raport cu distanțele parcurse se numește punct material. Un punct material aflat în mișcare se numește mobil.
Starea de mișcare sau de repaus a unui corp este relativă, adică depinde strict de sistemul de referință ales.
Sistemul de referință este ansamblul format dintr-un reper (corp de referință) și instrumentele de măsură pentru distanță (riglă/metru) și timp (ceas/cronometru).
Un elev care stă în bancă este în repaus față de clădirea școlii, dar este în mișcare față de Soare.
Traiectoria este curba (linia) descrisă de un mobil în mișcare față de un sistem de referință. Ea poate fi: rectilinie (linie dreaptă), curbilinie sau circulară.
Poziția unui mobil este distanța de la originea sistemului de referință la mobil. Distanța parcursă ($d$ sau $\Delta x$) este lungimea traiectoriei. Durata mișcării ($\Delta t$) este intervalul de timp dintre momentul final și cel inițial.
Viteza medie: \[ v_m = \frac{d}{\Delta t} \text{ sau } v_m = \frac{\Delta x}{\Delta t} \] Accelerația medie: \[ a_m = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{v_{final} - v_{inițial}}{t_{final} - t_{inițial}} \]
Unitatea de măsură în S.I. pentru viteză este m/s, iar pentru accelerație este m/s\(^2\).
Pentru a transforma viteza:
• din km/h în m/s: se împarte la 3,6.
• din m/s în km/h: se înmulțește cu 3,6.
Viteza este caracterizată printr-un segment de dreaptă orientat (vector) care are: mărime (valoare), direcție (dreapta suport), sens și punct de aplicație.
Un vector viteză reprezentat printr-o săgeată aplicată pe un corp în mișcare, ilustrând direcția orizontală și sensul spre dreapta.
După variația vitezei, mișcarea poate fi:
  • Uniformă: viteza este constantă (se parcurg distanțe egale în intervale de timp egale).
  • Accelerată: viteza crește în timp.
  • Încetinită (decelerată): viteza scade în timp (la oprire, viteza finală este nulă).
Legea mișcării rectilinii și uniforme (MRU): \[ x = x_0 + v \cdot (t - t_0) \] unde $x$ este poziția la momentul $t$, $x_0$ este poziția inițială, iar $v$ este viteza (constantă).
Reprezentarea grafică a distanței sau coordonatei în funcție de timp pentru o mișcare rectilinie și uniformă este o linie dreaptă oblică. Cu cât panta dreptei este mai înclinată, cu atât viteza mobilului este mai mare.
Inerția este proprietatea generală a corpurilor de a se opune schimbării stării lor de repaus sau de mișcare rectilinie și uniformă.
Când un vehicul frânează brusc, pasagerii sunt proiectați în față, deoarece tind să își păstreze starea de mișcare dinaintea frânării.
Masa ($m$) este mărimea fizică fundamentală care măsoară direct inerția corpurilor. Un corp cu masă mai mare are o inerție mai mare (este mai greu de pus în mișcare sau de oprit).
Unitatea de măsură a masei în S.I. este kilogramul (kg). Se măsoară direct prin cântărire, folosind balanța.
Densitatea ($\rho$) este mărimea fizică egală cu raportul dintre masa unui corp și volumul său. Este o constantă de material.
\[ \rho = \frac{m}{V} \] Din care rezultă: \( m = \rho \cdot V \) și \( V = \frac{m}{\rho} \).
Unitatea de măsură în S.I. este kg/m\(^3\).
Transformări utile: \( 1 \text{ kg/m}^3 = 0,001 \text{ g/cm}^3 \)
\( 1 \text{ g/cm}^3 = 1000 \text{ kg/m}^3 = 1 \text{ kg/L} \)
Interacțiunea este acțiunea reciprocă dintre două corpuri. Se poate realiza prin contact direct sau de la distanță (ex. atracția gravitațională).
Efectele interacțiunii pot fi:
• dinamice (modificarea vitezei sau traiectoriei - apariția accelerației);
• statice (deformarea corpurilor: elastică sau plastică).
Forța ($F$) este mărimea fizică ce măsoară interacțiunea dintre corpuri. Este un vector (are direcție, sens, mărime, punct de aplicație).
Unitatea de măsură în S.I. pentru forță este Newtonul (N). Instrumentul de măsură este dinamometrul, a cărui funcționare se bazează pe deformarea elastică a unui resort.
Forța Explicație și Formulă Caracteristici (Direcție / Sens)
Greutatea ($G$) Forța cu care Pământul (sau altă planetă) atrage un corp.
Formula: \( G = m \cdot g \)
($g = 9,8 \text{ N/kg}$ este accelerația gravitațională terestră)
Direcție verticală, sens în jos (spre centrul planetei). Masa rămâne constantă oriunde, dar greutatea se modifică.
Forța de frecare ($F_f$) Apare la contactul dintre două suprafețe și se opune mișcării. Crește o dată cu apăsarea corpului pe suprafață. Paralelă cu suprafața de contact, sens opus mișcării (vitezei).
Forța elastică ($F_e$) Ia naștere în interiorul unui corp deformat elastic și tinde să readucă corpul la forma inițială.
Formula: \( F_e = k \cdot \Delta l \)
($k$ = constanta elastică, $\Delta l$ = deformarea)
Direcția resortului, sens opus forței deformatoare (spre starea nedeformată).
Un corp pe un plan orizontal: Forța de greutate orientată în jos, forța de tracțiune spre dreapta și forța de frecare orientată spre stânga, opusă mișcării.

Exerciții

Ușoară: Un autoturism se deplasează pe o autostradă cu viteza constantă de 108 km/h. Exprimați această viteză în m/s și calculați distanța parcursă de mașină în 2 minute.
1. Transformarea vitezei: \[ v = 108 : 3,6 = 30 \text{ m/s} \] 2. Transformarea duratei: \[ \Delta t = 2 \text{ minute} = 120 \text{ s} \] 3. Calculul distanței: \[ d = v \cdot \Delta t = 30 \text{ m/s} \cdot 120 \text{ s} = 3600 \text{ m} = 3,6 \text{ km} \]
Medie: Un cub din aluminiu are latura de 10 cm. Știind că densitatea aluminiului este $\rho = 2700 \text{ kg/m}^3$, determinați masa cubului și greutatea acestuia ($g = 9,8 \text{ N/kg}$).
1. Transformăm latura în metri: $l = 10 \text{ cm} = 0,1 \text{ m}$.
2. Calculăm volumul cubului: \[ V = l \cdot l \cdot l = 0,1 \cdot 0,1 \cdot 0,1 = 0,001 \text{ m}^3 \] 3. Aflăm masa folosind formula densității ($m = \rho \cdot V$): \[ m = 2700 \text{ kg/m}^3 \cdot 0,001 \text{ m}^3 = 2,7 \text{ kg} \] 4. Calculăm greutatea: \[ G = m \cdot g = 2,7 \text{ kg} \cdot 9,8 \text{ N/kg} = 26,46 \text{ N} \]
Dificilă: Un resort suspendat se alungește cu 4 cm atunci când de el este agățat un corp cu masa de 200 g. Aflați valoarea constantei elastice a resortului ($k$) în N/m. (Se consideră $g = 10 \text{ N/kg}$)
Corpul fiind agățat și în repaus, greutatea sa este echilibrată de forța elastică din resort: \[ G = F_e \] 1. Transformăm datele în SI:
$\Delta l = 4 \text{ cm} = 0,04 \text{ m}$
$m = 200 \text{ g} = 0,2 \text{ kg}$
2. Calculăm greutatea corpului: \[ G = m \cdot g = 0,2 \text{ kg} \cdot 10 \text{ N/kg} = 2 \text{ N} \] 3. Deoarece $F_e = G$, deducem că $F_e = 2 \text{ N}$.
4. Din legea deformării elastice ($F_e = k \cdot \Delta l$), calculăm constanta $k$: \[ k = \frac{F_e}{\Delta l} = \frac{2 \text{ N}}{0,04 \text{ m}} = \frac{200}{4} \text{ N/m} = 50 \text{ N/m} \]

Învinge
tema
cu mii de rezolvări, lecții și teste: