Segona llei de Newton: força i acceleració

Un cotxe teledirigit té una massa de $2\ \text{kg}$. Quina força neta cal perquè acceleri a $3\ \text{m/s}^2$? Aplica $F = m \cdot a$.

El newton és la unitat de força del Sistema Internacional: $1\ \text{N}$ és la força que cal aplicar a una massa de $1\ \text{kg}$ perquè acceleri a $1\ \text{m/s}^2$. A partir d'aquesta definició, calcula:

1. a) Quants newtons calen perquè una massa de $1\ \text{kg}$ acceleri a $3\ \text{m/s}^2$.
2. b) Quants newtons calen perquè una massa de $3\ \text{kg}$ acceleri a $1\ \text{m/s}^2$.

Un repartidor empeny un paquet de $5\ \text{kg}$ per un terra llis amb una força neta de $20\ \text{N}$. Quina acceleració adquireix el paquet? Aïlla primer $a$ de l'expressió $F = m \cdot a$ i calcula després.

Una motxilla té una massa de $4\ \text{kg}$. Calcula el seu pes a la Terra usant $P = m \cdot g$ amb $g \approx 10\ \text{m/s}^2$ perquè surti un nombre rodó.

Un síndria té una massa de $2\ \text{kg}$. Calcula el seu pes a la Terra prenent el valor exacte $g = 9,8\ \text{m/s}^2$.

Calcula el pes d'una persona de $50\ \text{kg}$:

1. a) Prenent $g \approx 10\ \text{m/s}^2$.
2. b) Prenent el valor més exacte $g = 9,8\ \text{m/s}^2$.
3. c) Quina és la diferència, en newtons, entre els dos resultats?

Arrossegues una caixa de $6\ \text{kg}$ pel terra empenyent amb $40\ \text{N}$, mentre el fregament n'estira cap enrere amb $10\ \text{N}$, com es mostra a la figura.

1. a) Quina és la força neta sobre la caixa?
2. b) Calcula la seva acceleració.

Un cotxe de $1200\ \text{kg}$ accelera de $0$ a $30\ \text{m/s}$ en $6\ \text{s}$. El seu motor pot exercir una força de $7000\ \text{N}$, com es mostra a la figura.

1. a) Calcula l'acceleració del cotxe.
2. b) Calcula la força neta necessària per aconseguir aquesta acceleració.
3. c) La diferència entre la força del motor i la força neta és el fregament total (aire i rodes): quant val?

Un armari de $30\ \text{kg}$ està recolzat a terra. Empenys horitzontalment amb $100\ \text{N}$ i no es mou. La figura mostra les forces sobre l'armari en aquesta situació i en la de l'apartat b.

1. a) Si no es mou, quant val la força neta sobre seu? Quina força fa llavors el fregament?
2. b) Ara empenys amb $150\ \text{N}$ i l'armari comença a lliscar; en moviment, el fregament val $120\ \text{N}$. Calcula l'acceleració amb què arrenca.
3. c) Explica per què al principi no es movia encara que empenyessis.

Empenys amb la mateixa força un carretó d'anar a comprar buit i un altre de ple fins a dalt de tot, com es mostra a la figura.

Quin dels dos accelera més? Explica-ho amb la segona llei de Newton, sense fer càlculs.

La mateixa força de $12\ \text{N}$ empeny, per separat, una cadira de $2\ \text{kg}$ i una taula de $6\ \text{kg}$ sobre un terra llis.

1. a) Calcula l'acceleració de cada moble.
2. b) Quantes vegades més accelera la cadira que la taula? Relaciona-ho amb la relació entre les seves masses.

Sobre un llac gelat, sense fregament apreciable, empenys amb la mateixa força de $60\ \text{N}$, com es mostra a la figura, dos blocs de gel, un de $10\ \text{kg}$ i un altre de $30\ \text{kg}$, durant $2\ \text{s}$ cadascun. Tots dos parteixen del repòs.

1. a) Calcula l'acceleració de cada bloc.
2. b) Calcula la velocitat que assoleix cadascun al cap d'aquests $2\ \text{s}$.
3. c) Explica per què el bloc lleuger acaba anant més ràpid encara que la força hagi estat la mateixa.