Valintakoe A: Tekniikka ja luonnontieteet
Mikä on Newtonin toinen laki?
Newtonin toisen lain mukaan kappaleeseen vaikuttava kokonaisvoima eli nettovoima on kappaleen massan ja kiihtyvyyden tulo: ΣF = ma. Kiihtyvyys on nettovoiman suuntainen. Jos nettovoima on nolla, kappale on levossa tai liikkuu tasaisella nopeudella suoraan. Voiman yksikkö newton on 1 N = 1 kg · m/s².
Laissa ΣF on kaikkien kappaleeseen vaikuttavien voimien vektorisumma, ei yksittäinen voima. Siksi ratkaisu alkaa voimakuviosta: piirretään kappaleeseen kohdistuvat voimat, kuten paino, tukivoima, kitka ja veto, ja lasketaan niiden summa kussakin suunnassa erikseen.
Massa kertoo, kuinka vaikea kappaleen liiketilaa on muuttaa. Sama nettovoima antaa kaksinkertaiselle massalle puolet pienemmän kiihtyvyyden. Paino G = mg on voima, joka muuttuu putoamiskiihtyvyyden mukana, mutta massa pysyy samana.
Liukukitkan suuruus on F = μN, missä N on tukivoima. Vaakatasolla ilman muita pystysuoria voimia N = mg, mutta vinolla tasolla tai vinoon vedettäessä tukivoima on laskettava erikseen.
Kaava
ΣF = ma
paino G = mg
liukukitka F = μN
Esimerkki
Vaakasuoralla lattialla olevaa 20 kg:n laatikkoa vedetään vaakasuoralla 100 N:n voimalla. Liukukitkakerroin on 0,30. Laske laatikon kiihtyvyys, kun g = 9,81 m/s².
- Tukivoima vaakatasolla: N = mg = 20 · 9,81 N = 196,2 N.
- Kitkavoima: F = 0,30 · 196,2 N ≈ 58,9 N.
- Nettovoima: 100 N − 58,9 N = 41,1 N.
- Kiihtyvyys: a = 41,1 N / 20 kg ≈ 2,1 m/s².
Tyypillinen virhe
Kaavaan sijoitetaan annettu vetovoima nettovoiman sijasta, ja kitka unohtuu. Silloin kiihtyvyys tulee liian suureksi: esimerkissä pelkkä vetovoima antaisi 5,0 m/s², vaikka oikea arvo on noin 2,1 m/s².
Valintakokeessa A
Mekaniikka kuuluu lukion fysiikkaan, johon valintakokeen A fysiikan ja kemian osio perustuu. Vuonna 2026 osiossa oli kaksi fysiikan ja kaksi kemian tehtävää, joista hakija valitsi kaksi, ja osio kesti tunnin.
Missä kurssissa tämä opetetaan
SmartVK:n valintakoe A -kurssin luvussa 13: Mekaniikka. Katso kurssin sisältö.
Kysymyksiä
Mitkä ovat Newtonin kolme lakia?
Ensimmäinen laki: kappale pysyy levossa tai tasaisessa suoraviivaisessa liikkeessä, jos nettovoima on nolla. Toinen laki: nettovoima on massa kertaa kiihtyvyys. Kolmas laki: kun kappale vaikuttaa toiseen voimalla, toinen vaikuttaa ensimmäiseen yhtä suurella mutta vastakkaissuuntaisella voimalla.
Tarvitaanko liikkeeseen aina voima?
Ei tarvita. Tasainen suoraviivainen liike jatkuu ilman nettovoimaa. Arjessa liike pysähtyy, koska kitka ja ilmanvastus jarruttavat. Voimaa tarvitaan nopeuden tai liikkeen suunnan muuttamiseen, ei liikkeen ylläpitämiseen ilman vastuksia. Avaruudessa luotain jatkaa matkaansa ilman moottorin työntöä.