Законы Ньютона и силы в природе
Во втором задании ЕГЭ по физике необходимо решить задачу на законы ньютона или связанную с действием сил. Ниже мы приводим теорию с формулами, которые необходимы для успешного решения задач по этой тематике.
Теория к заданию №2 ЕГЭ по физике
Второй закон Ньютона
Формула второго закона Ньютона F=ma. Здесь F и a – величины векторные. Величина a – это ускорение движения тела под действием указанной силы. Оно прямо пропорционально силе, действующей на данное тело и направлено в сторону действия силы.
Равнодействующая
Равнодействующая сила – это сила, действие которой заменяет действие всех сил, приложенных к телу. Или, другими словами, равнодействующая всех сил, приложенных к телу, равна векторной сумме этих сил.
Сила трения
Сила трения связана с силой нормального давления формулой Fтр=μN, где μ – коэффициент трения. Отсюда, зная величину силы трения и нормального к поверхности давления можно определить μ,которое является величиной постоянной для данного случая. Зная силу трения и силу нормального давления (эту силу называют еще силой реакции опоры), можно вычислить коэффициент трения.
Сила тяжести
Вертикальная составляющая движения зависит от сил, действующих на тело. Необходимо знание формулы силы тяжести F=mg, поскольку, как правило, действует на тело, брошенное под углом к горизонту, только она.
Сила упругости
Сила упругости — сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть его в исходное (начальное) состояние. Для силы упругости используется закон Гука: F = k•δl, где k — коэффициент упругости (жесткость тела), δl — величина деформации.
Закон всемирного тяготения
Сила F гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m1 и m2, разделёнными расстоянием r, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
Разбор типовых вариантов заданий №2 ЕГЭ по физике
Демонстрационный вариант 2018
На графике приведена зависимость модуля силы трения скольжения от модуля силы нормального давления. Каков коэффициент трения?
Алгоритм решения:
- Записываем формулу, связывающую эти силы. Выражаем коэффициент трения.
- Рассматриваем график, устанавливаем пару соответствующих значений сил нормального давления N и трения.
- Вычисляем коэффициент, исходя из значений сил, взятых из графика.
- Записываем ответ.
Решение:
- Сила трения связана с силой нормального давления формулой Fтр=μN, где μ – коэффициент трения. Отсюда, зная величину силы трения и нормального к поверхности давления можно определить μ,которое является величиной постоянной для данного случая. Зная силу трения и силу нормального давления (эту силу называют еще силой реакции опоры), можно вычислить коэффициент трения. Из приведенной формулы следует, что: μ = Fтр : N
- Рассматриваем график зависимости. Возьмем любую точку графика, например, когда N = 12 (Н), а Fтр = 1,5 (Н).
- Возьмём выбранные значения сил и вычислим значение коэффициента μ: μ=1,5/12 = 0,125
Ответ: 0,125
Первый вариант задания (Демидова, №3)
Сила F сообщает телу массой m ускорение a в инерциальной системе отсчёта. Определите ускорение тела массой 2m под действием силы 0,5F в этой системе отсчета.
1) 
; 2) 
; 3) 
; 4) 
Алгоритм решения:
- Записываем второй закон Ньютона. Выражаем ускорение из формулы.
- Подставляем в полученное выражение измененные значения массы и силы и находим новое значение ускорения, выраженное через первоначальное его значение.
- Выбираем правильный ответ.
Решение:
1. Согласно второму закону Ньютона F=m•a, сила F, которая действует на тело массой m, сообщает телу ускорение а. Имеем:
2. По условию m2=2m, F2=0,5 F.
Тогда измененное ускорение будет равно:
В векторной форме запись аналогична.
Ответ: 2) 
Второй вариант задания (Демидова, №9)
Камень массой 200 г брошен под углом 60° к горизонту с начальной скоростью v = 20 м/с. Определите модуль силы тяжести, действующей на камень в верхней точке траектории.
Если тело брошено под углом к горизонту и силой сопротивления можно пренебречь, равнодействующая всех сил постоянна. Вертикальная составляющая движения зависит от сил, действующих на тело. Необходимо знание формулы силы тяжести F=mg,поскольку, как правило, действует на тело, брошенное под углом к горизонту, только она.
Алгоритм решения:
- Переводим в СИ значение массы.
- Определяем, какие силы действуют на камень.
- Записываем формулу силы тяжести. Вычисляем величину силы.
- Записываем ответ.
Решение:
- Масса камня m=200 г=0,2 кг.
- На брошенный камень действует сила тяжести Fт=mg. Поскольку в условии не оговорено обратное, то сопротивлением воздуха можно пренебречь.
- Сила тяжести одинакова в любой точке траектории камня. Это значит, данные в условии (нач. скорость v и угол к горизонту, под которым брошено тело) избыточны. Отсюда получаем: Fт=0,2∙10 =2 Н.
Ответ: 2
Третий вариант задания (Демидова, №27)
К системе из кубика массой 1 кг и двух пружин приложена постоянная горизонтальная сила величиной F = 9 Н (см. рисунок). Система покоится. Между кубиком и опорой трения нет. Левый край первой пружины прикреплён к стенке. Жёсткость первой пружины k1 = 300 Н/м. Жёсткость второй пружины k2 = 600 Н/м. Чему равно удлинение второй пружины?
Алгоритм решения:
- Записываем закон Гука для 2-й пружины. Находим ее связь с данной в условии силой F.
- Из полученного уравнения выражаем удлинение, вычисляем его.
- Записываем ответ.
Решение:
- По закону Гука удлинение пружины связано с жесткостью k пружины и приложенной к ней силе F выражением F=k∆l. На вторую пружину действует растягивающая ее сила F2=k2∆l. 1-я пружина растягивается силой F. По условию F=9 H. Поскольку пружины составляют единую систему, сила F растягивает и 2-ю пружину, т.е. F2=F.
- Удлинение Δl определяется так:
А это равно 1,5 см.
Ответ: 1,5
