PHYSICS  DYNAMICS  

Mr  Rishi  Gopie  

 

   

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  2  of  10      

DYNAMICS  

Scientists  

Aristotle  (384-­‐  322  BC)  through  coarse  observations  of,  and  refined  speculation  about,  the  motion  

of  earthly  bodies  arrived  at  the  conclusion  that  a  force  (F)  was  required  to  act  on  a  body  (of  mass  

m)  to  enable  it  to  maintain  a  uniform  velocity  (v).  In  fact  his  law  of  motion  can  be  expressed  as  F  α  v  

(and  F  α  m  >  F  =  m  x  v)  

Galileo  (1564-­‐  1642)  through  experimentation  and  observations  challenged  Aristotle  views  and  

expressed  the  view  that  a  force  is  not  required  to  maintain  constant  velocity  but  rather,  to  cause  a  

change  in  velocity  (  which  is  an  acceleration)-­‐so  in  effect  he  postulated  that  force  was  required  to  

cause  acceleration  (  not  constant  velocity).  

Newton  (1642  –  1727)  agreed  with  Galileo’s  views  and  formerly  expressed  them  in  three  laws    

 

NEWTON`S  LAW  OF  MOTION  

First  law:     Everybody  continues  in  a  state  of  rest  or  of  uniform  velocity  unless  

compelled  to  do  otherwise  by  some  applied  resultant  force.  Example  of  its  

application  include  the  jerk  forward  (or  backward)  of  a  passenger  as  brakes  are  

applied  to  a  moving  vehicle  (or  as  the  vehicle  is  accelerated  forward  from  rest).  Also  

the  use  of  seat  belts  on  the  passenger  to  provide  a  force  that  changes  the  state  of  

motion  of  the  passenger  

Second  Law:     the  rate  of  change  in  momentum  brought  about  by  an  applied  (resultant)  

force  is  directly  proportional  to  the  force  and  the  change  in  momentum  occurs  in  the  

direction  of  the  force.  The  momentum  (p)  of  a  body  is  defined  as  the  product  of  its  

mass  (m)  and  velocity  (v)  ,i.e.  p  =  m  x  v  

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  3  of  10      

It  is  a  vector  quantity  and  its  unit  in  kgms-­‐1  or  Ns.    

If  a  resultant  force,  F  is  applied  to  a  mass  m,  for  time,  t,  causes  its  velocity  to  

change  from  u  to  v  then  Initial  momentum,  Pi  =  mu  and  Final  momentum  Pf  =  mv.  

Therefor  change  in  momentum,  ΔP  =  Pf  –  Pi  =  mv  –  mu    

And    

Rate  of  change  in  momentum  =  ΔP/t  

By  Newton`s  second  law:  F  α  ΔP/t  

But  rate  of  change  of  momentum,  ΔP/t  =  (mv  –  mu)/t    

=  m  (v-­‐u)/t  

 =  ma  

So  F  α  ma  then  F  =  kma.  However  since  the  unit  of  F,  i.e.  the  Newton  is  

defined  as  that  force  which  causes  a  mass  of  1kg  to  have  an  acceleration  of  1ms-­‐2  (i.e.  

since  F  =  1N  when  m  =  1kg  and  a  =  1ms-­‐2)  then  k  =  1.  

So  arising  from  newton’s  second  law  (and  the  definition  of  the  S.I.  unit  of  force)  is  

the  equation                            

   F  =  m  x  a  (and  this  is  an  alternative  way  of  expressing  newton’s  second  law  of  

motion)  

Also  based  on  the  definition  of  the  newton  together  with  newton’s  second  law,  the  

(resultant)  force  is  the  rate  of  change  of  momentum,  i.e.    

F  =  ΔP/t  

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  4  of  10      

=  mv  –  mu  /t       =  m  a  

Examples  of  its  application  include:  i)  bending  the  knees  upon  landing  on  the  

legs  after  jumping  from  a  height-­‐  so  as  to  increase  and  so  decrease  force  ii)  using  

seatbelts  that  are  somewhat  elastic  –  not  enough  to  allow  contact  with  a  solid  

obstacle  such  as  the  windscreen  but  enough  to  increase  time  and  so  decrease  force  

F.  also  the  use  of  air  bags  –  to  more  effectively  do  the  same  as  seat  belts,  but  with  a  

lower  possibility  of  injury  to  the  user.  

 

Third  Law:      if  body  A  exerts  a  force  on  body  B  (the  action)  then  body  B  exerts  an  equal  

but  opposite  force  on  body  A  (the  reaction)  

    Newton`s  third  law  action  –reaction  force  

i) Always  occur  in  pair  

ii) Always  act  on  different  bodies  

iii) Always  are  the  same  type  of  force  

iv) Always  have  the  same  magnitude  

v) Always  act  in  the  same  line  

vi) Always  act  in  opposite  directions.  

Examples  of  its  application  in  include:    

i) The  propulsion  of  a  rocket  or  jet  engine  

ii) The  operation  of  a  garden  sprinkler  as  it  rotates  

iii) The  force  that  a  seat  belt  exerts  on  a  passenger  as  the  passenger  is  

jerked  forward  and  exerts  a  force  on  the  seatbelt  in  so  doing.  

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  5  of  10      

TUTORIAL  

June  1995  paper  3  #  5  

 

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  6  of  10      

June  1997  paper  2  #2

 

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  7  of  10      

 

 

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  8  of  10      

 

 

 

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  9  of  10      

June  2006  paper  3  #  1  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mr  R  Gopie   PHYSICS  

 

Page  10  of  10    

June  2007  paper  3  #  1