everything maths and science - C2B2A

everything maths and science - C2B2A everything maths and science - C2B2A

03.05.2013 Views

Uitgewerkte voorbeeld 15: Newton se tweede wet: ’n Voorwerp op ’n skuinsvlak VRAAG ’n Krag van T = 312N is nodig om ’n liggaam op ’n helling in rus te hou op ’n wrywinglose skuinsvlak wat ’n hoek van 35 ◦ met die horisontaal vorm. Bereken die grootte van die kragte as gevolg van gravitasie en die normaalkrag deur jou antwoorde tot drie beduidende plekke te gee. OPLOSSING Stap 1: Bepaal die grootte van Fg 35 ◦ Ons word gewoonlik gevra om die grootte van T te vind, maar in die geval word T gegee en ons word gevra om Fg te vind. Ons kan dieselfde vergelyking gebruik. T is die krag wat die komponent van Fg parallel met die vlak (Fgx) balanseer en het daarom dieselfde grootte. N Fg T θ Fg cos(θ) Fg sin(θ) Ons kan Newton se tweede wet op die probleem toepas. Ons weet dat die voorwerp nie beweeg nie, daarom is die resultante versnelling nul. Ons kies teen die helling op om die positiewe rigting te wees. Daarom: Stap 2: Vind die grootte van N FR = m a gebruik tekens vir rigting T − Fg sin(θ) =m(0) Fg = T sin(θ) = 312 sin(35◦ ) = 543,955 N Ons hanteer die kragte parallel aan en loodreg tot die skuinste afsonderlik. Die blok is stilstaande, daarom is die versnelling loodreg tot die helling nul. Weereens pas ons Hoofstuk 2. Newton se wette 95

Newton se tweede bewegingswet toe. Ons kies die rigting van die normaalkrag as die positiewe rigting. FR = m a gebruik tekens vir rigting N − Fg cos(θ) =m(0) N = Fg cos(θ) Ons kan die waarde van Fg wat ons vroeër bereken het in die vergelyking vervang. Ons wil graag wys dat daar ’n ander benadering gevolg kan word om seker te maak dat jy die regte antwoord kry, selfs al het jy ’n fout gemaak toe jy Fg bereken het. Fg cos(θ) kan ook bepaal word deur trigonometriese verhoudings. Ons weet uit vorige gedeeltes van die vraag dat T = Fg sin(θ). Ons weet ook dat tan(θ) = Fg sin(θ) Fg cos(θ) = T N N = T tan(θ) = 312 tan(35 ◦ ) = 445,58 N Let op dat die vraag vra dat die antwoorde tot 3 beduidende plekke gegee word. Ons rond dus N van 445,58 N op tot 446 N loodreg tot die oppervlak afwaarts en T van 543,955 N op na 544 N parallel met die vlak, op teen die helling. Hysers en vuurpyle Tot dusver het ons na voorwerpe wat oor ’n oppervlak getrek of gestoot word gekyk. Ons het met ander woorde na beweging parallel met die vlak waarop die voorwerp rus gekyk. Hier het ons slegs kragte parallel met die vlak oorweeg, maar ons kan ook voorwerpe oplig of hulle laat val. Dit is vertikale beweging waar slegs vertikale kragte in ag geneem word. Kom ons beskou ’n 500 kg hysbak sonder passasiers, wat aan ’n kabel hang. Die doel van die kabel is aan die hysbak opwaarts te trek sodat dit die volgende vloer kan bereik of om die hysbak te laat sak sodat dit afwaarts na die vloer onder kan beweeg. Ons laat na vyf moontlike posisies gedurende die beweging van die hysbak kyk en ons kennis van Newton se tweedebewegingswet op elke posisie toepas. Die vyf posisies is: 1. ‘n Stilstaande hysbak wat bo die grond hang. 2. ‘n Hysbak versnel opwaarts. 3. ‘n Hysbak beweeg teen ‘n konstante snelheid. 4. ‘n Hysbak versnel (beweeg stadiger) 5. ‘n Hysbak versnel afwaarts (die kabel breek) 96 2.3. Newton se wette

Newton se tweede bewegingswet toe. Ons kies die rigting van die normaalkrag as die<br />

positiewe rigting.<br />

FR = m a gebruik tekens vir rigting<br />

N − Fg cos(θ) =m(0)<br />

N = Fg cos(θ)<br />

Ons kan die waarde van Fg wat ons vroeër bereken het in die vergelyking vervang.<br />

Ons wil graag wys dat daar ’n <strong>and</strong>er benadering gevolg kan word om seker te maak<br />

dat jy die regte antwoord kry, selfs al het jy ’n fout gemaak toe jy Fg bereken het.<br />

Fg cos(θ) kan ook bepaal word deur trigonometriese verhoudings. Ons weet uit vorige<br />

gedeeltes van die vraag dat T = Fg sin(θ). Ons weet ook dat<br />

tan(θ) = Fg sin(θ)<br />

Fg cos(θ)<br />

= T<br />

N<br />

N = T<br />

tan(θ)<br />

= 312<br />

tan(35 ◦ )<br />

= 445,58 N<br />

Let op dat die vraag vra dat die antwoorde tot 3 beduidende plekke gegee word. Ons<br />

rond dus N van 445,58 N op tot 446 N loodreg tot die oppervlak afwaarts en T van<br />

543,955 N op na 544 N parallel met die vlak, op teen die helling.<br />

Hysers en vuurpyle<br />

Tot dusver het ons na voorwerpe wat oor ’n oppervlak getrek of gestoot word gekyk.<br />

Ons het met <strong>and</strong>er woorde na beweging parallel met die vlak waarop die voorwerp<br />

rus gekyk. Hier het ons slegs kragte parallel met die vlak oorweeg, maar ons kan ook<br />

voorwerpe oplig of hulle laat val. Dit is vertikale beweging waar slegs vertikale kragte<br />

in ag geneem word.<br />

Kom ons beskou ’n 500 kg hysbak sonder passasiers, wat aan ’n kabel hang. Die doel<br />

van die kabel is aan die hysbak opwaarts te trek sodat dit die volgende vloer kan bereik<br />

of om die hysbak te laat sak sodat dit afwaarts na die vloer onder kan beweeg. Ons laat<br />

na vyf moontlike posisies gedurende die beweging van die hysbak kyk en ons kennis<br />

van Newton se tweedebewegingswet op elke posisie toepas. Die vyf posisies is:<br />

1. ‘n Stilsta<strong>and</strong>e hysbak wat bo die grond hang.<br />

2. ‘n Hysbak versnel opwaarts.<br />

3. ‘n Hysbak beweeg teen ‘n konstante snelheid.<br />

4. ‘n Hysbak versnel (beweeg stadiger)<br />

5. ‘n Hysbak versnel afwaarts (die kabel breek)<br />

96 2.3. Newton se wette

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!