Theнетна силае векторната сума на всички сили, действащи върху тялото. (Спомнете си, че силата е тласък или издърпване.) SI единицата за сила е нютонът (N), където 1 N = 1 kgm / s2.
\ bold {F_ {net}} = \ bold {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
Първият закон на Нютон гласи, че обектът, подложен на равномерно движение - което означава, че е в покой или се движи с постоянна скорост - ще продължи да го прави, освен ако не се действа от ненулева нетна сила. Вторият закон на Нютон ни казва изрично как ще се промени движението в резултат на тази нетна сила:
\ bold {F_ {мрежа}} = m \ bold {a}
Ускорението - промяна в скоростта във времето - е право пропорционално на нетната сила. Обърнете внимание също, че ускорението и нетната сила са векторни величини, които сочат в една и съща посока.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Нетна сила от нула НЕ означава непременно, че обектът е спрян! Нулевата нетна сила също НЕ означава, че няма сили, действащи върху обект, тъй като е възможно множество сили да действат по такъв начин, че да се отменят взаимно.
Диаграми на свободното тяло
Първата стъпка в намирането на нетна сила върху който и да е обект е да нарисувате aдиаграма на свободното тяло(FBD) показва всички сили, действащи върху този обект. Това се прави чрез представяне на всеки вектор на сила като стрелка, произхождаща от центъра на обекта и сочеща в посоката, в която действа силата.
Да предположим например, че една книга седи на маса. Силите, действащи върху нея, биха били силата на гравитацията върху книгата, действаща надолу, и нормалната сила на масата върху книгата, действаща нагоре. Диаграмата на свободното тяло на този сценарий ще се състои от две стрелки с еднаква дължина, произхождащи от центъра на книгата, едната сочи нагоре, а другата сочи надолу.
Да предположим, че същата книга беше изтласкана надясно със сила 5 N, докато 3-N сила на триене се противопостави на движението. Сега диаграмата на свободното тяло ще включва стрелка от 5 N вдясно и 3 N стрелка вляво.
И накрая, да предположим, че същата книга е била под наклон, плъзгайки се надолу. В този сценарий трите сили са гравитационната сила върху книгата, която сочи право надолу; нормалната сила върху книгата, която сочи перпендикулярно на повърхността; и силата на триене, която е насочена срещу посоката на движение.
Изчисляване на нетната сила
След като начертаете диаграмата на свободното тяло, можете да използвате добавяне на вектор, за да намерите нетната сила, действаща върху обекта. Ще разгледаме три случая, докато изследваме тази идея:
Случай 1: Всички сили лежат на една и съща линия.
Ако всички сили лежат на една и съща линия (сочещи само наляво и надясно, или само нагоре и надолу, например), определянето на нетната сила е като направо като добавяне на величините на силите в положителна посока и изваждане на величините на силите в отрицателната посока. (Ако две сили са равни и противоположни, какъвто е случаят с книгата, опряна на масата, нетната сила = 0)
Пример:Помислете за 1-килограмова топка, падаща поради гравитацията, изпитваща сила на въздушно съпротивление от 5 N. Върху нея има сила надолу поради гравитацията от 1 kg × 9,8 m / s2 = 9,8 N и сила нагоре 5 N. Ако използваме конвенцията, че нагоре е положителна, тогава нетната сила е 5 N - 9,8 N = -4,8 N, което показва нетна сила от 4,8 N в посока надолу.
Случай 2: Всички сили лежат върху перпендикулярни оси и се добавят към 0 по една ос.
В този случай, поради силите, добавящи се към 0 в една посока, трябва само да се фокусираме върху перпендикулярната посока, когато определяме нетната сила. (Въпреки че знанието, че силите в първата посока се добавят към 0, понякога може да ни даде информация за сили в перпендикулярна посока, като например при определяне на силите на триене по отношение на нормалната сила величина.)
Пример:0,25-килограмова кола за играчки се избутва през пода с 3-N сила, действаща вдясно. Сила на триене от 2 N действа, за да се противопостави на това движение. Имайте предвид, че гравитацията също действа надолу върху този автомобил със сила от 0,25 kg × 9,8 m / s2= 2,45 N, а нормална сила действа нагоре, също с 2,45 N.(Откъде знаем това? Тъй като няма промяна в движението във вертикална посока, когато автомобилът се бута през пода, следователно нетната сила във вертикалната посока трябва да бъде 0.)Това прави всичко опростено до едномерния случай, защото единствените сили, които не се отменят, са в една посока. Тогава нетното усилие върху автомобила е 3 N - 2 N = 1 N вдясно.
Случай 3: Всички сили не са ограничени до права и не лежат на перпендикулярни оси.
Ако знаем в каква посока ще бъде ускорението, ще изберем координатна система, където тази посока се намира на положителната ос x или положителната ос y. Оттам разбиваме всеки вектор на сила на x- и y-компоненти. Тъй като движението в една посока е постоянно, сумата от силите в тази посока трябва да бъде 0. Тогава силите в другата посока са единственият принос към нетната сила и този случай се свежда до случай 2.
Ако не знаем в каква посока ще бъде ускорението, можем да изберем всяка декартова координата система, въпреки че обикновено е най-удобно да се избере такава, в която една или повече от силите лежат върху ос. Разбийте всеки вектор на сила на x- и y-компоненти. Определете нетната сила вхпосока и нетната сила вупосока отделно. Резултатът дава координатите x и y на нетната сила.
Пример:Кола с тегло 0,25 кг се търкаля без триене под наклон от 30 градуса поради гравитацията.
Ще използваме координатна система, подравнена с рампата, както е показано. Диаграмата на свободното тяло се състои от гравитация, действаща право надолу и нормална сила, действаща перпендикулярно на повърхността.
Трябва да разделим гравитационната сила на x- и y-компоненти, което дава:
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
Тъй като движението вупосоката е постоянна, знаем, че нетната сила вупосоката трябва да бъде 0:
F_N - F_ {gy} = 0
(Забележка: Това уравнение ни позволява да определим величината на нормалната сила.)
В посока х единствената сила еFgx, следователно:
F_ {мрежа} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0,25 \ пъти9,8 \ пъти \ sin (30) = 1,23 \ текст {N}
Как да намерим ускорение от нетната сила
След като определите своя вектор на нетната сила, намирането на ускорението на даден обект е просто приложение на втория закон на Нютон.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ подразбира \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
В предишния пример на 0,25-килограмова кола, търкаляща се по рампата, нетната сила е била 1,23 N надолу по рампата, така че ускорението ще бъде:
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {мрежа}}} {m} = \ frac {1,23} {0,25} = 4,92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {надолу по рампата}