Principiile mecanicii, legea lui Hooke și tensiunea în fir
Principiul I, principiul fundamental, principiul acțiunii și reacțiunii; forțe de contact (normală, tensiune), legea lui Hooke; cum scrii principiul II pentru un corp sau un sistem de corpuri legate.
- 30 min
- La BAC: I (A) · Subiectul al II-lea (A): desenul forțelor și ecuațiile corpurilor legate
- Verificat pe bareme

ții minte doar fișa asta și ești acoperit
Fișa de aur
- 01
Principiul II: rezultanta = m·a. Îl scrii separat pentru fiecare corp, pe fiecare axă, cu sens pozitiv ales de tine.
Truc: Sensul mișcării = sensul pozitiv; ce ajută mișcarea e +, ce o frânează e −.
- 02
Forța normală nu e mereu m·g: pe plan înclinat N = m·g·cos α; într-un lift sau sub o forță verticală, N se schimbă.
- 03
Un fir ideal peste un scripete ideal are aceeași tensiune pe toată lungimea; corpurile legate au aceeași accelerație în modul.
- 04
Legea lui Hooke: Fe = k·Δl, iar pentru fir F/S₀ = E·Δl/l₀ ⇒ k = E·S₀/l₀. Dublezi forța ⇒ dublezi alungirea (iunie 2025, A.I.1).
Truc: Fir mai gros ⇒ mai rigid; fir mai lung ⇒ mai moale.
- 05
Acțiune și reacțiune: egale în modul, de sens opus, pe corpuri diferite; de aceea nu se anulează între ele.
- 06
Forța pe axul scripetelui = rezultanta celor două tensiuni: T·√2 dacă firele sunt perpendiculare, 2T dacă sunt paralele.
Pe scurt
Culorile din lecție:termencifră, datăidee-cheie
- Principiul I: dacă rezultanta forțelor este nulă, corpul rămâne în repaus sau în MRU.
- Principiul II: F = m·a (vectorial); 1 N = 1 kg·m/s².
- Principiul III: forțele de acțiune și reacțiune sunt egale, opuse și se aplică pe corpuri diferite.
- Forțe de contact: normală (perpendiculară pe suprafață), frecare (tangentă), tensiune (în direcția firului).
- Hooke: Fe = k·Δl, k în N/m; pentru fir F/S₀ = E·Δl/l₀, deci k = E·S₀/l₀.
- Pentru corpuri legate prin fir: aceeași tensiune în fir și aceeași accelerație în modul.
Cele trei principii
| Principiu | Enunț | Formulă |
|---|---|---|
| I (inerției) | Rezultanta nulă ⇒ repaus sau MRU | F = 0 ⇒ v = constant |
| II (fundamental) | Rezultanta produce accelerație proporțională cu ea | F = m·a |
| III (acțiunii și reacțiunii) | Forțele reciproce sunt egale și opuse | F₁₂ = −F₂₁ |
Greutatea G = m·g (g = 10 m/s², se dă în enunț) acționează în jos, orientată către centrul Pământului. Masa se măsoară în kg, forța în N.
Forțele de contact
- Normala N: perpendiculară pe suprafață. Pe orizontală, fără alte forțe verticale: N = m·g.
- Frecarea: tangentă la suprafață (lecția următoare).
- Tensiunea T: de-a lungul firului, orientată dinspre corp către fir.
- Forța elastică: Fe = k·|Δl|, orientată spre poziția nedeformată.
Legea lui Hooke. Forța elastică este proporțională cu deformarea: Fe = k·Δl. Constanta elastică k se măsoară în N/m. Un corp cu m = 0,5 kg atârnat de un resort cu k = 100 N/m produce o alungire Δl = m·g/k = 5/100 = 0,05 m.

Resortul nedeformat (stânga) și același resort alungit de un corp (dreapta). Linia punctată marchează lungimea inițială; diferența este Δl, iar la echilibru Fe = k·Δl = m·g.
Ilustrație ZECE, generată cu AI pentru această lecție.
Forma din manual (fir sau bară). Efortul unitar este proporțional cu alungirea relativă: F/S₀ = E·Δl/l₀, unde S₀ este aria secțiunii transversale, l₀ lungimea nedeformată, ε = Δl/l₀ alungirea relativă (fără unitate), iar E este modulul de elasticitate longitudinal (modulul lui Young), în N/m², care depinde doar de material. Comparând cu F = k·Δl:
k = E·S₀/l₀
ConsecințăDe ce
| Consecință | De ce |
|---|---|
| Același material și aceeași lungime, secțiune de 2 ori mai mare ⇒ alungire de 2 ori mai mică | Δl = F·l₀/(E·S₀) |
| O bucată de fir cu lungimea nedeformată l₀/n are constanta n·k | k este invers proporțional cu l₀ |
| ε = F/(E·S₀) | rescrierea legii |
Exemplu oficial (august 2026, A.I.4): m = 3 kg pe un fir cu S₀ = 0,5 cm² = 0,5·10⁻⁴ m², alungire relativă ε = 2 %: E = (F/S₀)/ε = (30/0,5·10⁻⁴)/0,02 = 3·10⁷ N/m² (litera a).
Dacă forța deformatoare aplicată unui fir se dublează, cu cât crește alungirea?
De ce acțiunea și reacțiunea nu se anulează?
Metoda pentru probleme de dinamică
- Alege corpurile și desenează
Un desen pentru fiecare corp, cu toate forțele: G, N, T, Ff, F.
- Alege axele
O axă pe direcția mișcării (sens pozitiv = sensul accelerației presupuse) și una perpendiculară.
- Scrie principiul II pe fiecare axă
Pe axa perpendiculară: suma forțelor = 0 (corpul nu accelerează în afara suprafeței). Pe axa mișcării: suma forțelor = m·a.
- Leagă corpurile
Fir inextensibil: aceeași accelerație în modul. Fir și scripete ideali: aceeași tensiune.
- Rezolvă sistemul și verifică
Obții a și T. Verifică semnul accelerației și că T > 0.
Probleme rezolvate
Date: m = 60 kg, g = 10 m/s², a = 2 m/s². Forța indicată de un cântar/dinamometru este normala sau tensiunea, N.
Liftul coboară accelerat (a în jos): m·g − N = m·a ⇒ N = m·(g − a) = 60 · 8
rezultat final: N = 480 N
Liftul urcă accelerat (a în sus): N − m·g = m·a ⇒ N = m·(g + a) = 60 · 12
rezultat final: N = 720 N
Repaus sau mișcare uniformă: N = m·g = 600 N.
Date: m₁ = 3 kg pe o masă orizontală fără frecare; m₂ = 2 kg atârnat de fir peste un scripete ideal, la marginea mesei.
Corpul 1 (orizontal): T = m₁·a
Corpul 2 (vertical): m₂·g − T = m₂·a
Adunând: m₂·g = (m₁ + m₂)·a ⇒ a = 2 · 10/5
rezultat final: a = 4 m/s²
T = m₁·a = 3 · 4
rezultat final: T = 12 N
Verificare cu corpul 2: m₂·(g − a) = 2 · 6 = 12 N ✓.
Forța pe axul scripetelui (firele sunt perpendiculare): Fs = T·√2 = 12·√2
rezultat final: Fs ≈ 17,0 N
Date: m₁ = 2 kg, m₂ = 1 kg, legate prin fir peste un scripete ideal; F = 8 N orizontală acționează asupra lui m₁, care se mișcă uniform; μ₁ = 0,1.
Corpul 1: F − T − Ff1 = 0, Ff1 = μ₁·N₁, N₁ = m₁·g = 20 N ⇒ Ff1 = 2 N
T = F − Ff1 = 8 − 2
rezultat final: T = 6 N
Corpul 2 (MRU, T echilibrează frecarea): T − Ff2 = 0, Ff2 = μ₂·m₂·g
μ₂ = T/(m₂·g) = 6/10
rezultat final: μ₂ = 0,6
Calculele P1, P2 sunt proprii și verificate în Node (480 N, 720 N; 4 m/s², 12 N, 16,97 N). P3 reproduce valorile baremului 2025 (T = 6 N, μ₂ = 0,6), recalculate independent.
Ce arată dinamometrul dintr-un lift care coboară cu a = 1 m/s², m = 1 kg, g = 10?
Ce se cere la BAC
- A.I: Hooke (iunie 2025, A.I.1: forța se dublează ⇒ alungirea se dublează; iunie 2026, A.I.2: expresia constantei elastice a unui fir, k = S·E·l₀⁻¹, litera d; august 2024, A.I.2: alungirea relativă ε = F/(E·S₀), litera b; sesiunea specială 2026, A.I.4: fire din același material și de aceeași lungime ⇒ Δl₂ = S₁·Δl₁/S₂, litera c; iunie 2026, A.I.4: k = 30 N/m, m = 270 g ⇒ Δl = 9,0 cm); lift (model 2026, A.I.2: m = 1 kg, a = 1 m/s², lift care coboară accelerat ⇒ dinamometrul arată 9 N, litera b).
- A.II.a (4 p): reprezentarea tuturor forțelor asupra unui corp (model 2026 și iunie 2025).
- A.II: frecare, tensiune, forța pe axul scripetelui. În iunie 2025, baremul scrie Fs = 2T = 12 N (T = 6 N); în modelul 2026, Fs = T·√2 ≈ 36 N, cu T = m₃·(g − a) = 3·8,5 = 25,5 N (a = 1,5 m/s²); alegerea factorului depinde de unghiul dintre fire, din figură.
Greșeli care costă puncte
- Forță lipsă în desen (normala sau frecarea).
- N = m·g pe plan înclinat sau cu forță oblică.
- Tensiuni diferite pe același fir ideal.
- Un singur principiu II pentru tot sistemul când se cere tensiunea (scrie-l pe corpuri separate).
- Sensul accelerației greșit ales, fără a verifica semnul rezultatului.
Termeni-cheie
- Principiul I (inerției)
- Un corp își păstrează starea de repaus sau de mișcare rectilinie uniformă cât timp asupra lui nu acționează forțe sau rezultanta forțelor este nulă.
- Principiul fundamental (al II-lea)
- Rezultanta forțelor care acționează asupra unui corp este egală cu produsul dintre masa corpului și accelerația lui: F = m·a.
- Newton
- Unitatea de măsură a forței în S.I.: 1 N = 1 kg·m·s⁻².
- Principiul acțiunilor reciproce (III)
- Dacă un corp acționează cu o forță asupra altuia, și al doilea acționează asupra primului cu o forță egală și de sens opus; forțele se aplică pe corpuri diferite.
- Forța normală
- Componenta perpendiculară pe suprafață a forței de contact; N = G pe suprafață orizontală, în absența altor forțe verticale.
- Forța de tensiune
- Forța exercitată de un fir întins; pentru fir ideal (inextensibil, fără masă) peste scripete ideal, tensiunea are aceeași valoare pe toată lungimea firului.
- Legea lui Hooke
- Forța elastică este proporțională cu deformarea: Fe = k·|Δl|; pentru un fir, F/S₀ = E·Δl/l₀, deci k = E·S₀/l₀ (N/m).
- Modulul de elasticitate longitudinal (Young)
- E, constantă de material din legea lui Hooke F/S₀ = E·Δl/l₀; unitate S.I. N/m².
- Alungirea relativă
- ε = Δl/l₀, raportul dintre alungire și lungimea nedeformată; mărime fără unitate.
- Greutatea
- Forța de atracție gravitațională exercitată de Pământ asupra corpului: G = m·g, cu g = 10 m/s² în enunțuri.