Cele mai importante aspecte ale lecției
| Tip forță | Mărime / Formulă | Sens |
|---|---|---|
| Greutatea (\(G\)) | \( G = m \cdot g \) | Vertical, în jos |
| Frecarea (\(F_f\)) | Depinde de apăsare și asperități | Opus mișcării corpului |
| Elastică (\(F_e\)) | \( F_e = k \cdot \Delta L \) | Opus deformării (spre poziția nedeformată) |
Atenție: Masa este o constantă de material, greutatea depinde de locul măsurătorii. Forța de frecare acționează la nivelul suprafețelor de contact, în timp ce forța elastică apare în interiorul materialelor cu proprietăți elastice.
Forța de atracție exercitată de Pământ (sau de o altă planetă/stea) asupra unui corp se numește greutatea acelui corp.
Greutatea se notează cu \( \vec{G} \). Accelerația gravitațională se notează cu \( \vec{g} \).
\[ G = m \cdot g \]
unde \( m \) este masa corpului, iar \( g \) este accelerația gravitațională.
Unitatea de măsură pentru accelerația gravitațională în S.I. este \( \text{m/s}^2 \) sau \( \text{N/kg} \). Valoarea standard la suprafața Pământului este \( g \approx 9,8 \, \text{m/s}^2 \).
Direcția: verticală (direcția firului cu plumb)
Sensul: în jos (spre centrul planetei)
Mărimea: calculată prin formula \( G = m \cdot g \)
Sensul: în jos (spre centrul planetei)
Mărimea: calculată prin formula \( G = m \cdot g \)
Masa unui corp este constantă oriunde în Univers, însă greutatea diferă de la o planetă la alta, în funcție de accelerația gravitațională a planetei respective.
Ce greutate are un corp de 10 kg la suprafața Pământului?
Folosim formula greutății: \( G = m \cdot g \).
\( G = 10 \, \text{kg} \cdot 9,8 \, \text{N/kg} = 98 \, \text{N} \).
Răspuns: Greutatea corpului este de 98 N.
\( G = 10 \, \text{kg} \cdot 9,8 \, \text{N/kg} = 98 \, \text{N} \).
Răspuns: Greutatea corpului este de 98 N.
Forța care apare la suprafața de contact dintre două corpuri și se opune mișcării unui corp față de celălalt se numește forță de frecare la alunecare. Ea apare din cauza asperităților suprafețelor.
Direcția: paralelă cu suprafața de contact (aceeași direcție cu a vitezei corpului față de suprafață)
Sensul: opus vitezei corpului (se opune mișcării)
Mărimea: crește odată cu creșterea forței de apăsare a corpului pe suprafață și depinde de natura (rugozitatea) suprafețelor de contact.
Sensul: opus vitezei corpului (se opune mișcării)
Mărimea: crește odată cu creșterea forței de apăsare a corpului pe suprafață și depinde de natura (rugozitatea) suprafețelor de contact.
Există forță de frecare statică (când corpurile sunt în repaus unul față de altul) și forță de frecare la alunecare (când se deplasează). Rezistența aerului este, de asemenea, un tip de forță de frecare ce se opune mișcării corpurilor prin aer.
Un schior coboară o pantă. Care este direcția și sensul forței de frecare care acționează asupra schiurilor?
Forța de frecare are direcția paralelă cu panta (suprafața de contact) și sensul orientat în susul pantei, adică opus mișcării de coborâre a schiorului.
Forța care apare în interiorul unui corp deformat elastic (ex: un resort întins sau comprimat) și care tinde să readucă corpul la forma sa inițială se numește forță elastică.
Forța elastică se notează cu \( \vec{F}_e \). Deformarea resortului (alungirea sau comprimarea) se notează cu \( \Delta L \) (unde \( \Delta L = |L_{deformat} - L_{inițial}| \)). Constanta elastică a resortului se notează cu \( k \).
\[ F_e = k \cdot \Delta L \]
unde \( k \) este constanta elastică (măsurată în \( \text{N/m} \)) și \( \Delta L \) este deformarea (măsurată în metri).
Direcția: direcția resortului (axa de-a lungul căreia se produce deformarea)
Sensul: spre poziția resortului nedeformat (întotdeauna în sens contrar deformării)
Mărimea: calculată prin formula \( F_e = k \cdot \Delta L \)
Sensul: spre poziția resortului nedeformat (întotdeauna în sens contrar deformării)
Mărimea: calculată prin formula \( F_e = k \cdot \Delta L \)
Un resort cu constanta elastică \( k = 150 \, \text{N/m} \) se alungește cu \( 0,2 \, \text{m} \). Calculează forța elastică din resort.
Aplicăm formula forței elastice: \( F_e = k \cdot \Delta L \).
\( F_e = 150 \, \text{N/m} \cdot 0,2 \, \text{m} = 30 \, \text{N} \).
Răspuns: Forța elastică este de 30 N.
\( F_e = 150 \, \text{N/m} \cdot 0,2 \, \text{m} = 30 \, \text{N} \).
Răspuns: Forța elastică este de 30 N.
Probleme rezolvate
Ușoară: Accelerația gravitațională pe Lună este \( g_{Lună} = 1,62 \, \text{m/s}^2 \). Dacă un rover spațial are o masă de 100 kg, calculați greutatea sa pe Lună și greutatea sa pe Pământ (\( g_{Pământ} = 9,8 \, \text{m/s}^2 \)).
Masa corpului rămâne constantă (\( m = 100 \, \text{kg} \)).
Greutatea pe Lună: \( G_{Lună} = m \cdot g_{Lună} = 100 \cdot 1,62 = 162 \, \text{N} \).
Greutatea pe Pământ: \( G_{Pământ} = m \cdot g_{Pământ} = 100 \cdot 9,8 = 980 \, \text{N} \).
Greutatea pe Lună: \( G_{Lună} = m \cdot g_{Lună} = 100 \cdot 1,62 = 162 \, \text{N} \).
Greutatea pe Pământ: \( G_{Pământ} = m \cdot g_{Pământ} = 100 \cdot 9,8 = 980 \, \text{N} \).
Medie: Un dulap este tras pe podea spre est, dar mișcarea sa este menținută la o viteză constantă. În ce direcție și sens acționează forța de frecare? Ce se întâmplă cu mărimea forței de frecare dacă dulapul este golit (masa lui scade)?
- Direcția forței de frecare este orizontală, paralelă cu podeaua.
- Sensul este spre vest (se opune direcției de mișcare care este spre est).
- Dacă dulapul este golit, greutatea sa scade, prin urmare forța de apăsare pe suprafață scade. Mărimea forței de frecare se va micșora, deoarece depinde direct de apăsarea exercitată pe suprafață.
- Sensul este spre vest (se opune direcției de mișcare care este spre est).
- Dacă dulapul este golit, greutatea sa scade, prin urmare forța de apăsare pe suprafață scade. Mărimea forței de frecare se va micșora, deoarece depinde direct de apăsarea exercitată pe suprafață.
Dificilă: Un resort are lungimea inițială de 15 cm. Când de el se suspendă un corp cu masa de 2 kg, resortul atinge lungimea de 19 cm, iar sistemul este în echilibru. Știind că \( g = 9,8 \, \text{m/s}^2 \), aflați constanta elastică a resortului.
1. Calculăm forța: Deoarece corpul este în echilibru, forța elastică a resortului compensează exact greutatea corpului. \( F_e = G \).
\( G = m \cdot g = 2 \, \text{kg} \cdot 9,8 \, \text{N/kg} = 19,6 \, \text{N} \).
Așadar, \( F_e = 19,6 \, \text{N} \).
2. Calculăm deformarea: Transformăm lungimile în metri.
\( L_0 = 15 \, \text{cm} = 0,15 \, \text{m} \)
\( L = 19 \, \text{cm} = 0,19 \, \text{m} \)
\( \Delta L = L - L_0 = 0,19 - 0,15 = 0,04 \, \text{m} \).
3. Calculăm constanta elastică:
\( k = \frac{F_e}{\Delta L} = \frac{19,6}{0,04} = 490 \, \text{N/m} \).
Răspuns: Constanta elastică a resortului este \( 490 \, \text{N/m} \).
\( G = m \cdot g = 2 \, \text{kg} \cdot 9,8 \, \text{N/kg} = 19,6 \, \text{N} \).
Așadar, \( F_e = 19,6 \, \text{N} \).
2. Calculăm deformarea: Transformăm lungimile în metri.
\( L_0 = 15 \, \text{cm} = 0,15 \, \text{m} \)
\( L = 19 \, \text{cm} = 0,19 \, \text{m} \)
\( \Delta L = L - L_0 = 0,19 - 0,15 = 0,04 \, \text{m} \).
3. Calculăm constanta elastică:
\( k = \frac{F_e}{\Delta L} = \frac{19,6}{0,04} = 490 \, \text{N/m} \).
Răspuns: Constanta elastică a resortului este \( 490 \, \text{N/m} \).
