القوة ، كمفهوم فيزيائي ، موصوفة في قانون نيوتن الثاني ، الذي ينص على أن التسارع ينتج عندما تؤثر القوة على كتلة. رياضيا ، وهذا يعني:
F = أماه
على الرغم من أنه من المهم ملاحظة أن التسارع والقوة عبارة عن كميات متجهة (أي أنهما لهما كلاهما الحجم والاتجاه في الفضاء ثلاثي الأبعاد) بينما الكتلة هي كمية قياسية (أي لها مقدار فقط). في الوحدات القياسية ، تحتوي القوة على وحدات نيوتن (N) ، وتقاس الكتلة بالكيلوجرام (كجم) ، ويتم قياس التسارع بالأمتار لكل ثانية مربعة (م / ث)2).
بعض القوى هي قوى عدم احتكاك ، مما يعني أنها تعمل دون أن تكون الأشياء التي تتعرض لها على اتصال مباشر مع بعضها البعض. تشمل هذه القوى الجاذبية والقوة الكهرومغناطيسية والقوى النووية الداخلية. من ناحية أخرى ، تتطلب قوى الاتصال أن تلمس الأشياء بعضها البعض ، سواء كان ذلك للحظة واحدة (مثل ارتطام الكرة بالحائط وارتدادها) أو على مدى فترة طويلة (مثل قيام شخص بدحرجة إطار تلة).
في معظم السياقات ، تكون قوة التلامس التي تمارس على جسم متحرك هي مجموع متجه للقوى العادية والاحتكاكية. تعمل قوة الاحتكاك عكس اتجاهات الحركة تمامًا ، بينما تعمل القوة العادية بشكل عمودي على هذا الاتجاه إذا كان الجسم يتحرك أفقيًا بالنسبة للجاذبية.
الخطوة 1: تحديد قوة الاحتكاك
هذه القوة تساويمعامل الاحتكاكμ بين الجسم والسطح مضروبًا في وزن الجسم ، وهي كتلته مضروبة في الجاذبية. هكذا:
F_f = \ mu mg
ابحث عن قيمة μ من خلال البحث عنها في مخطط عبر الإنترنت مثل المخطط الموجود في Engineer's Edge.ملحوظة:ستحتاج أحيانًا إلى استخدام معامل الاحتكاك الحركي وفي أوقات أخرى ستحتاج إلى معرفة معامل الاحتكاك الساكن.
لنفترض لهذه المشكلة أن FF = 5 نيوتن.
الخطوة 2: تحديد القوة العادية
هذه القوة ، Fن، هي ببساطة كتلة الجسم مضروبة في العجلة الناتجة عن الجاذبية مضروبة في جيب الزاوية بين اتجاه الحركة ومتجه الجاذبية الرأسي g ، والتي تبلغ قيمتها 9.8 m / s2. بالنسبة لهذه المشكلة ، افترض أن الجسم يتحرك أفقيًا ، وبالتالي فإن الزاوية بين اتجاه الحركة والجاذبية تساوي 90 درجة ، والتي لها جيب يساوي 1. وهكذا فإن Fن = ملغ للأغراض الحالية. إذا كان الجسم ينزلق على منحدر موجه بزاوية 30 درجة إلى الأفقي ، فإن القوة العمودية ستكون:
F_N = mg \ times \ sin {(90-30)} = mg \ times \ sin {60} = mg \ times 0.866
لكن بالنسبة لهذه المشكلة ، افترض أن كتلة 10 كجم. Fن لذلك هو 98 نيوتن.
الخطوة 3: تطبيق نظرية فيثاغورس لتحديد حجم قوة الاتصال الكلية
إذا كنت تتخيل القوة الطبيعية Fن العمل باتجاه الأسفل وقوة الاحتكاك FF بالتصرف أفقيًا ، يكون مجموع المتجه هو الوتر الذي يكمل مثلث قائم الزاوية ينضم إلى متجهات القوة هذه. حجمها هكذا:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
الذي لهذه المشكلة
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99.14 \ text {N}