Transcript Luento2: Voimista liikeilmiöihin ja Newtonin lakeihin

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka
Kari Sormunen
Kevät 2012
LIIKE





”Jos vahvempi kaveri törmää heikompaan
kaveriin, vahvemmalla on enemmän voimaa.”
”Pallon heittäjä antaa pallolle heittovoimaa,
jonka avulla pallo lentää.”
”Kappaleen tasainen liike (nopeus ei muutu)
vaatii vakiovoiman.”
”Liikkeen nopeus on verrannollinen
liikuttavaan voimaan”.
”Jos kappale ei liiku, siihen ei vaikuta voimia.”

Jos kappaleeseen vaikuttavien voimien
summa on nolla, kappale pysyy paikallaan tai
tasaisessa liikkeessä
 Jos kappale ei vuorovaikuta muiden kappaleiden
kanssa, se jatkaa tasaista liikettään.
 Huom! Myös suunnan muutos on liikkeen
muutosta (itse asiassa silloin kyseessä on kiihtyvä
liike).

Kappaleeseen kohdistuva voima F
aiheuttaa kappaleelle kiihtyvyyden a. Jos
kappaleen massa on m, kiihtyvyyden ja
voiman välille saadaan yhteys F=ma
 Massa on ominaisuus, joka vastustaa nopeuden
muutosta esim. raskaan esineen pysäyttäminen
 Yksiköt: 1 kgm/s2 = 1 N
• Jos kappale 1 vaikuttaa
kappaleeseen 2 voimalla F,
kappale 2 vaikuttaa
kappaleeseen 1
samansuuruisella mutta
vastakkaissuuntaisella
voimalla
– Kumpikin kappale saa
Newtonin toisen lain
mukaisen kiihtyvyyden
• Jokainen kappale vetää
toista kappaletta puoleensa
voimalla, joka on suoraan
Verrannollinen massojen tuloon ja kääntäen verrannollinen
kappaleiden etäisyyden neliöön.
• G on gravitaatiovakio, m on kappaleen massa ja r on
kappaleiden välinen etäisyys
• Tähän lakiin palataan tarkemmin vielä tähtitieteen
osuudessa, kun tarkastelemme vuoroveden syntyä.

Kun maapallon massa ja säde tunnetaan, niiden avulla
voidaan laskea m-massaiseen kappaleeseen kohdistuva
voima eli paino [vrt. ensimmäisen luennon viimeinen dia]
 G=mg
, missä m kappaleen massa ja g on maapallon
aiheuttama putoamiskiihtyvyys 9,81 m/s2, meidän käyttöömme
tällä kurssilla riittää pyöristetty arvo eli g = n. 10 m/s2.
▪ Edellä olevasta seuraa, että jos kappaleen massa on esim. 50 kg, niin
siihen kohdistuva paino G saadaan: G = 50 kg  10 m/s2 = 500 N
 Esimerkiksi Kuussa sen massasta aiheutuva putoamiskiihtyvyys
on noin kuudesosa putoamiskiihtyvyydestä Maassa ja näin ollen
kappaleen paino on myös kuussa vain kuudesosan massasta
Maassa.
▪ Siis esim. 50 kg:n massa painaisi Kuussa vain 83,3 N





Minkä vuoksi autossa on käytettävä turvavyötä (esim. jos
sattuisi törmäämään seinään)? LAKI1 – kappaleet pyrkivät
jatkamaan liikettään
Minkä vuoksi rekka-auton vetäminen tuntuu raskaammalta
kuin henkilöauton vetäminen? LAKI2 – massa suurempi ->
kuvaa hitautta
Jos ihminen nojaa seinään, vaikuttaako seinä suuremmalla
voimalla ihmiseen kuin ihminen seinään? LAKI3 – voima
syntyvät samasta vuorovaikutuksesta
Mitä tapahtuu ruuhkabussissa seisojille kun bussi lähtee
liikkeelle, entä jarrutuksessa ja entä kaarteessa? Miksi? LAIT
1&2
Pöydällä on raaka kananmuna ja kypsä kananmuna: kuinka
niiden liikkeen perusteella Newton perustelisi kumpi on
kumpi? Kypsä – keitetty 1 kappale
1.
Henkilöauton ja kuorma-auton törmätessä
kuorma-auto vaikuttaa suuremmalla voimalla
henkilöautoon kuin henkilöauto kuorma-autoon
b) henkilöauto vaikuttaa kuorma-autoon suuremmalla
voimalla kuin kuorma-auto henkilöautoon
c) autot vaikuttavat toisiinsa yhtä suurilla voimilla
a)
▪Vinkki: Pohdi Newtonin III lakia tässä yhteydessä.


Vertaa tätä ennakkokäsitykseen: ”isommalla
kaverilla on enemmän voimaa kuin pienemmällä”
Autojen törmäyksessä nähdään seuraukset, mutta
niiden perusteella ei voi päätellä voimaa. Ilmiö
aiheutuu massan hitaudesta, ei voimasta!
2.
Parkkipaikalla seisovaan autoon
a) ei vaikuta mitään voimia
b) vaikuttaa vain painovoima
c) vaikuttavien voimien summa on nolla
Vinkki: Mitäs Newtonin 1. laki kertoikaan…
3.
Jos auton A tasaisena pysyvä nopeus on
kaksi kertaa niin suuri kuin auton B
(tasainen) nopeus, niin
a) autoon A vaikuttaa suurempi kokonaisvoima
b) kappaleisiin vaikuttaa yhtä suuri nollasta
poikkeava kokonaisvoima
c) kappaleisiin vaikuttavien voimien summa on
nolla
Vinkki: Sovella Newtonin 1. lakia.
4.
Kun auto kulkee ympyrärataa, siihen vaikuttavan
voiman suunta
a)
b)
c)
on sama kuin auton kulkusuunta
suuntautuu ympyrän keskipisteeseen
suuntautuu poispäin ympyrän keskeltä
Vinkki: Mieti vastaavana tilanteena moukarin
pyöritystä ja siinä moukariin kohdistuvaa voimaa.
Mikä voima pitää moukarin pyöritysvaiheessa
radallaan ja mihin suuntaan kohdistuu moukariin
radallaan pitävä voima? Piirrä kuvio.