Zawartość
- Krok 1: Określ siłę tarcia
- Krok 2: Określ siłę normalną
- Krok 3: Zastosuj twierdzenie Pitagorasa, aby określić wielkość całkowitej siły nacisku
Siła, jako koncepcja fizyki, opisana jest w drugim prawie Newtona, które stwierdza, że przyspieszenie powstaje, gdy siła działa na masę. Matematycznie oznacza to F = ma, chociaż należy zauważyć, że przyspieszenie i siła są wielkościami wektorowymi (tj. Mają zarówno wielkość, jak i kierunek w przestrzeni trójwymiarowej), podczas gdy masa jest wielkością skalarną (tj. Ma tylko wielkość). W standardowych jednostkach siła ma jednostki Newtona (N), masę mierzy się w kilogramach (kg), a przyspieszenie mierzy się w metrach na sekundę do kwadratu (m / s2).
Niektóre siły są siłami bezkontaktowymi, co oznacza, że działają bez obiektów, które ich doświadczają, w bezpośrednim kontakcie ze sobą. Siły te obejmują grawitację, siłę elektromagnetyczną i siły między jądrowe. Z drugiej strony siły kontaktowe wymagają, aby przedmioty stykały się ze sobą, na przykład przez krótką chwilę (jak uderzenie piłki i odbijanie się od ściany) lub przez dłuższy czas (np. Osoba tocząca oponę pod górę) .
W większości przypadków siła nacisku wywierana na poruszający się obiekt jest sumą wektorową sił normalnych i tarcia. Siła tarcia działa dokładnie przeciwnie do kierunków ruchu, podczas gdy siła normalna działa prostopadle do tego kierunku, jeśli obiekt porusza się poziomo względem grawitacji.
Krok 1: Określ siłę tarcia
Ta siła jest równa współczynnik tarcia μ między obiektem a powierzchnią pomnożoną przez wagę przedmiotu, która jest jego masą pomnożoną przez grawitację. Tak więc F.fa = μmg. Znajdź wartość μ, sprawdzając ją na wykresie online, takim jak ten w Engineers Edge. Uwaga: Czasami trzeba będzie zastosować współczynnik tarcia kinetycznego, a innym razem znać współczynnik tarcia statycznego.
Załóż dla tego problemu, że Ffa = 5 niutonów.
Krok 2: Określ siłę normalną
Ta siła, F.N., to po prostu masa obiektów pomnożona przez przyspieszenie wynikające z grawitacji razy sinus kąta między kierunkiem ruchu a wektorem grawitacji pionowej g, który ma wartość 9,8 m / s2. W przypadku tego problemu załóżmy, że obiekt porusza się w poziomie, więc kąt między kierunkiem ruchu a grawitacją wynosi 90 stopni, co ma sinus 1. W ten sposób FN. = mg dla obecnych celów. (Gdyby obiekt zjeżdżał po pochylni zorientowanej pod kątem 30 stopni do poziomu, normalna siła wynosiłaby mg × sin (90-30) = mg × sin 60 = mg × 0,866.)
W przypadku tego problemu przyjmij masę 10 kg. faN. wynosi zatem 10 kg × 9,8 m / s2 = 98 niutonów.
Krok 3: Zastosuj twierdzenie Pitagorasa, aby określić wielkość całkowitej siły nacisku
Jeśli wyobrażasz sobie normalną siłę F.N. działający w dół i siła tarcia Ffa działając poziomo, suma wektorów jest przeciwprostokątną, uzupełnia trójkąt prostokątny łączący te wektory siły. Jego wielkość wynosi zatem:
(FAN.2 + F.fa2)(1/2) ,
co dla tego problemu jest
(152 + 982) (1/2)
= (225 + 9,604)(1/2)
= 99,14 N.