Vleka vagončkov

Dva vagončka sta povezana z vrvjo (z zanemarljivo maso), vlečemo ju z drugo vrvjo (prav tako zanemarljive mase).

vx(m/s)
a11

Rdeči vagon ima maso 2.0 kg, masa modrega vagončka pa je 1.2 kg. (Položaj je v centimetrih, čas je v sekundah). Kolikšna je sila v roki in kakšna je napetost v vrvi med vagonoma? Za odgovor na ti vprašanji moramo uporabiti drugi Newtonov zakon. Vendar moramo pri uporabi drugega Nerwtonovega zakona najprej definirati sistem, ki ga obravnavamo. Odgovorimo na vsako vprašanje posebej.

Kolikšna je sila v roki na vrvici? Definirajmo sistem, na katerem omo uporabili drugi Newtonov zakon. Ker hočemo določiti silo roke na vrvici, izberemo za sistem kar vrv. Katere sile delujejo na vrv? Pomagal bi nam diagram sil. Poglej diagram sil na vrvi v animaciji.

Na vrvi delujeta dve sili, sila roke v smeri +x  in sila rdečega vagončka na vrv v smeri -x. Ti dve sili sta enako veliki, zato je rezultanta sil na vrvi enaka nič. Toda kako je lahko enaka nič, če pa pospešek na vrvi NI enak nič? Ker je masa vrvi zanemarljiva, jo imejmo za enako nič; zaradi drugega Newtonovega zakona je rezultanta sil enaka nič. V resnici je masa vrvi le zanemarljivo majhna, skoraj enaka nič. Končno to pomeni, da je napetost v vrvi konstantna.

Kakšna pa je sila rdečega vagončka na vrv? Kateri sistem moramo sedaj upoštevati? Imamo dve možnosti: (1) kot sistem obravnavamo rdeči vagon, (2) kot sistem obravnavamo modri in rdeči vagon ter vrv med njima. Katerakoli izbira bi vodila k odgovoru, vendar je možnost (2) najbolj neposredna in z njo rešimo problem najhitreje.

Obravnavajmo torej kot sistem oba vagona in vrv, kakor to ponazarja ta animacija. Sivi pravokotnik predstavlja sistem. Sedaj narišimo diagram sil za ta sistem in si za preverjanje odgovora spet oglejmo animacijo. Ko narišemo diagram sil in razpoznamo sile, lahko uporabimo drugi Newtonov zakon, določimo silo vrvi na rdeči vagon in ugotovimo silo roke na vrv.

Tako dobimo odgovor na prvo vprašanje. Pojdimo k drugemu vprašanju: kolikšna je napetost v vrvi med vagončkoma? Odgovorimo lahko s ponovitvijo podobnega postopka. Razpoznamo sistem, zanj narišemo diagram sil in uporabimo drugi Newtonov zakon.