3c kunne identifisere og analysere krefter på legemer

3d kunne bruke Newtons tre lover på rettlinjet bevegelse

3e kjenne til virkningen av og kunne gjøre enkle beregninger med friksjon og luftmotstand

Newton's lover

Hvis du sitter på med noen i en bil, og du plutselig kjenner at du blir trykt bakover i setet, så vet du med en gang at du enten er blitt påkjørt bakfra, eller at sjåføren har tråkket hardt på gasspedalen. Vi tenker altså intuivt at for at noe skal bli aksellerert (få en fartsendring), så må en ytre kraft påvirke det.

Dette kan oppsummeres i Newton's første lov:

Newton's første lov

Et legeme som er i ro eller et legeme som beveger seg med konstant fart, vil fortsette å være i ro eller bevege seg med samme konstante fart, dersom det ikke virker noen krefter på det, eller hvis summen av kreftene på det er 0.

Se nå for deg at du er på en fotballbane og noen har lagt en fotball og en bowlingball ved siden av hverandre på straffemerket. Du skal skyte på mål og kan velge om du vil bruke bowlingballen eller fotballen. Du velger intuitivt fotballen fordi du vet at du vil få vondt i beinet hvis du sparker til bowlingballen, og den vil neppe bevege seg særlig langt.

Dette gir oss Newton's andre lov:

Newton's andre lov

Kreftene som må til for å endre et legemes fart (gi det en akselerasjon) er proporsjonal med massen. Summen av kreftene virker i samme retning som akselerasjonen.

ΣF=ma

Denne loven bruker vi også til å beregne tyngden til et legeme. Tyngden til legemet er nemlig definert til å være kraften som virker på et legeme pga. gravitasjonskraften. Tyngden betegnes ofte med bokstaven G og man bruker vanligvis bokstaven g til å beskrive akselerasjonen som forårsakes av gravitasjonskraften:

G=mg

På jorden kan vi som regel bruke $g=9.81\frac{m}{s^2}$, men g varierer fra sted til sted på jorden. g kalles tyngdeakselerasjon eller feltstyrke. Vi må vite at det er to synonymer.

Hvis et legeme står på et flatt underlag kaller vi vanligvis motkreftene til gravitasjonskraften for N. Hvis legemet står på et skrått underlag dekomponeres vanligvis motkraften til G i en friksjonskomponent R parallelt med underlaget og en normalkraft komponent normalt på underlaget.

Når du sparker til en bowlingball eller en fotball, så merker du det på foten.

Det leder oss til Newtons 3. lov:

Når et legeme A virker på et legeme B med en kraft, så virker B med en like stor kraft på A i motsatt retning.

Konsekvenser av Newton's lover

Vi kan slutte oss til følgende:

• Hvis et legeme er i ro eller det beveger seg med konstant fart, så er enten summen av kreftene på det lik 0, eller det virker ingen krefter på det.
• Hvis et legeme har en aksellerert bevegelse, så er summen av krefter på det forskjellig fra 0.

Tegning av krefter

Krefter kategoriseres i to typer:

• Fjernkrefter (gravitasjonskrefter, elektromagnetiske krefter, sterke- og svake kjernekrefter)
• Kontaktkrefter (kontakt med et annet legeme/andre legemer som et tau, en fot, luftmolekyler, bakken etc.)

Når vi skal se på hva slags krefter som virker på et legeme, så er det lurt å følge denne oppskriften:

1. Bestem først hva som er det legemet du ønsker å tegne krefter på. Eks. Hvis du sparker til en ball, ønsker du å se på kreftene på ballen eller på foten din?
2. Bestem positiv retning.
3. Tegn på fjernkreftene (bruk fornuftig lengde på pilene).
4. Tegn på kontaktkreftene (bruk fornuftig lengde på pilene).
5. Summer kreftene slavisk slik at krefter som virker i positiv retning får positivt fortegn og krefter som virker i negativ retning får negativt fortegn.

Til punkt 3 og 4 skal sies at hvis du vet at legemet er i ro eller beveger seg med konstant fart, så vet du at summen av kreftene skal være 0. Det medfører at hvis du legger pilene etter hverandre, så skal du ende opp der du startet. Hvis legeme derimot har en akselerert bevegelse, så vet du at du skal kunne legge pilene etter hverandre og trekke en pil fra der du startet til der du sluttet og at denne pilen skal peke i samme retning som akselerasjonen.

Eksempel

Friksjon

Friksjon virker mot bevegelsesretningen til legemet. Det viser seg at for et legeme som glir på en flate så er friksjonskraften R proporsjonal med Normalkraften.

$R=\mathrm{\mu N}$

Hvis legemet er i ro bruker vi en verdi for μ. Beveger det seg bruker vi en annen.

Luftmotstand

Luftmotstand virker mot bevegelsen til legemet. Luftmotstanden øker med farten.