Newtoni teise seaduse kalkulaator

Ülesanne 1: auto kiirendus 0-100 km/h

Auto mass on 1200 kg ja see kiirendab paigalt kiiruseni 100 km/h 10 sekundiga. Kui suur on kiirendav jõud, kui takistusjõude mitte arvestada?

Samm 1: teisenda kiirus SI-ühikutesse. 100 km/h ÷ 3,6 = 27,78 m/s. Samm 2: leia kiirendus a = Δv ÷ t = 27,78 ÷ 10 = 2,778 m/s². Samm 3: sisesta kalkulaatorisse m = 1200 kg ja a = 2,7778 m/s², tulemus on F ≈ 3333 N ehk umbes 3,3 kN.

Tähelepanu: kalkulaator näitab 2,7778 sisestamisel 3333,36 N, täpne väärtus on aga 3333,33 N. Vahe tuleb kiirenduse ümardamisest. Vastuses piisab kolmest-neljast tüvenumbrist, seega „umbes 3330 N“ on korrektne.

Ülesanne 2: raskusjõud ehk kaal njuutonites

Raskusjõud on Newtoni teise seaduse erijuht, kus kiirenduseks on vabalangemise kiirendus g. Maa pinnal on g ligikaudu 9,81 m/s². 60 kg massiga inimesele mõjub raskusjõud 60 × 9,81 = 588,6 N ja 0,5 kg raamatule 4,905 N.

Paljudes õpikutes ümardatakse g väärtuseks 9,8 või isegi 10 m/s². Siis on 60 kg inimese kaal vastavalt 588 N või 600 N. Kasuta seda väärtust, mida õpetaja või õpik ette annab, muidu ei klapi vastus vastuste lehega.

Ülesanne 3: resultantjõud ja hõõrdumine

60 kg kasti lükatakse horisontaalselt jõuga 300 N, hõõrdejõud on 120 N. Kui suur on kasti kiirendus? Sagedane viga on sisestada kalkulaatorisse 300 N, mis annaks 5 m/s².

Newtoni teine seadus kehtib resultantjõu kohta ehk kõigi jõudude summa kohta. Vastassuunalised jõud lahutatakse: 300 - 120 = 180 N. Sisesta F = 180 N ja m = 60 kg, kiirendus on 3 m/s².

Ülesanded massi ja kiirenduse leidmiseks

Massi leidmine: jõud 500 N annab kehale kiirenduse 2,5 m/s². Vali režiim F, a ja sisesta mõlemad väärtused, mass on 500 ÷ 2,5 = 200 kg.

Kiirenduse leidmine: 0,45 kg pallile mõjub löögi hetkel keskmiselt 90 N. Vali režiim F, m, kiirendus on 90 ÷ 0,45 = 200 m/s². Nii suur kiirendus kestab vaid sekundi murdosa, mil jalg palliga kokku puutub.

Pidurdamine: 1500 kg auto peatub kiiruselt 20 m/s 4 sekundiga. Aeglustus on 20 ÷ 4 = 5 m/s² ja pidurdusjõud 1500 × 5 = 7500 N. Jõud on suunatud liikumisele vastu. Kalkulaatorisse sisesta suuruste arvväärtused ja märgi suund vastuses ise.

Ühikute vead, mis rikuvad vastuse

Valem F = m × a annab njuutonid ainult siis, kui mass on kilogrammides ja kiirendus meetrites sekundi ruudu kohta. Enne arvutamist vii kõik andmed nendesse ühikutesse.

• Mass grammides: 500 g tuleb sisestada kui 0,5 kg, muidu on jõud 1000 korda liiga suur.
• Kiirus km/h: kiirenduse leidmiseks jaga kõigepealt 3,6-ga, et saada m/s.
• Jõud kilonjuutonites: 2,5 kN = 2500 N.
• Kiirus ja kiirendus segi: m/s on kiirus, m/s² on kiirendus. Kiirust ei saa otse valemisse panna.
• Mass ja kaal segi: igapäevaselt öeldakse „kaalun 60 kg“, kuid füüsikas on 60 kg mass, kaal ehk raskusjõud on umbes 589 N.
• Null sisendina: kui jagaja on 0, näitab kalkulaator tulemuseks 0, mis ei ole füüsikaliselt õige vastus.