Thečistá sílaje vektorový součet všech sil působících na tělo. (Připomeňme, že síla je tlak nebo tah.) Jednotkou SI pro sílu je newton (N), kde 1 N = 1 kgm / s2.
\ bold {F_ {net}} = \ bold {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
Newtonův první zákon stanoví, že objekt procházející rovnoměrným pohybem - to znamená, že je v klidu nebo se pohybuje konstantní rychlostí - v tom bude pokračovat, pokud na něj nebude působit nenulová síla. Newtonův druhý zákon nám výslovně říká, jak se pohyb změní v důsledku této čisté síly:
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a}
Zrychlení - změna rychlosti v čase - je přímo úměrné síle sítě. Všimněte si také, že jak zrychlení, tak čistá síla jsou vektorové veličiny směřující stejným směrem.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Čistá síla nula NENÍ nutně nutná, aby byl objekt zastaven! Čistá nulová síla také NEZNAMENÁ, že na objekt nepůsobí žádné síly, protože je možné, aby více sil působilo takovým způsobem, že se navzájem ruší.
Diagramy volného těla
Prvním krokem při hledání čisté síly na jakýkoli objekt je nakreslit a
diagram volného těla(FBD) zobrazující všechny síly působící na daný objekt. Toho se dosáhne tak, že každý vektor síly bude představován jako šipka pocházející ze středu objektu a nasměrovaná ve směru, ve kterém síla působí.Předpokládejme například, že kniha sedí na stole. Síly, které na ni působí, by byly gravitační silou působící na knihu působící dolů a normální silou stolu působícího na knihu působícími vzhůru. Diagram volného těla tohoto scénáře by sestával ze dvou šípů stejné délky pocházejících ze středu knihy, jedna směřující nahoru a druhá směřující dolů.
Předpokládejme, že stejná kniha byla tlačena doprava silou 5 N, zatímco třecí síla 3-N působila proti pohybu. Nyní by schéma volného těla zahrnovalo šipku 5 N vpravo a šipku 3 N vlevo.
Nakonec předpokládejme, že stejná kniha byla na svahu a sklouzla dolů. V tomto scénáři jsou tři síly gravitační silou na knihu, která směřuje přímo dolů; normální síla působící na knihu, která směřuje kolmo k povrchu; a třecí síla, která směřuje proti směru pohybu.
Výpočet čisté síly
Jakmile nakreslíte diagram volného těla, můžete pomocí vektorového sčítání najít síťovou sílu působící na objekt. Při prozkoumávání této myšlenky zvážíme tři případy:
Případ 1: Všechny síly leží na stejné linii.
Pokud všechny síly leží na stejné linii (směřující pouze doleva a doprava, nebo například pouze nahoru a dolů), určení čisté síly je jako přímočaré jako přidání velikostí sil v kladném směru a odečtení velikostí sil v záporném směru směr. (Pokud jsou dvě síly stejné a opačné, jako je tomu v případě knihy spočívající na stole, čistá síla = 0)
Příklad:Vezměme si 1 kg míč padající v důsledku gravitace, který zažívá sílu odporu vzduchu 5 N. Působí na něj síla dolů díky gravitaci 1 kg × 9,8 m / s2 = 9,8 N a síla vzhůru 5 N. Použijeme-li konvenci, že nahoru je kladné, pak je čistá síla 5 N - 9,8 N = -4,8 N, což naznačuje čistou sílu 4,8 N ve směru dolů.
Případ 2: Všechny síly leží na kolmých osách a přidávají se k 0 podél jedné osy.
V tomto případě se kvůli sílám přidávajícím k 0 v jednom směru musíme při určování čisté síly soustředit pouze na kolmý směr. (Ačkoli znalost, že síly v prvním směru přidávají k 0, nám někdy může poskytnout informace o síly v kolmém směru, například při určování třecích sil z hlediska normálové síly velikost.)
Příklad:Autíčko o hmotnosti 0,25 kg je tlačeno po podlaze silou 3 N působící doprava. 2N síla tření působí proti tomuto pohybu. Všimněte si, že gravitace také působí dolů na toto auto silou 0,25 kg × 9,8 m / s2= 2,45 N a normální síla působí nahoru, rovněž s 2,45 N.(Jak to víme? Protože nedochází ke změně pohybu ve svislém směru, když je vůz tlačen přes podlahu, čistá síla ve svislém směru proto musí být 0.)Tím se vše zjednoduší na jednorozměrný případ, protože jediné síly, které se nezruší, jsou všechny v jednom směru. Čistá síla působící na vůz je pak 3 N - 2 N = 1 N vpravo.
Případ 3: Všechny síly nejsou omezeny na přímku a neleží na kolmých osách.
Pokud víme, v jakém směru bude zrychlení, zvolíme souřadný systém, kde tento směr leží na kladné ose x nebo na kladné ose y. Odtamtud rozdělíme každý vektor sil na složky x a y. Protože pohyb v jednom směru je konstantní, součet sil v tomto směru musí být 0. Síly v opačném směru jsou pak jedinými přispěvateli k čisté síle a tento případ se snížil na případ 2.
Pokud nevíme, v jakém směru bude zrychlení, můžeme zvolit libovolnou kartézskou souřadnici systém, i když je obvykle nejvhodnější zvolit takový, ve kterém jedna nebo více sil leží na osa. Rozdělte každý vektor sil na složky x a y. Určete čistou sílu vXsměr a čistá síla vysměr samostatně. Výsledek udává souřadnice x a y síly sítě.
Příklad:Auto o hmotnosti 0,25 kg se díky tíhnutí valí bez tření po 30stupňovém sklonu.
Použijeme souřadnicový systém zarovnaný s rampou, jak je znázorněno. Diagram volného těla se skládá z gravitace působící přímo dolů a normální síly působící kolmo na povrch.
Musíme rozbít gravitační sílu na složky x a y, což dává:
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
Od pohybu vysměr je konstantní, víme, že čistá síla vysměr musí být 0:
F_N - F_ {gy} = 0
(Poznámka: Tato rovnice nám umožňuje určit velikost normálové síly.)
Ve směru x je jediná sílaFgx, proto:
F_ {net} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0,25 \ krát9,8 \ krát \ sin (30) = 1,23 \ text {N}
Jak najít zrychlení od Net Force
Jakmile určíte vektor své čisté síly, hledání zrychlení objektu je jednoduchou aplikací druhého Newtonova zákona.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ implikuje \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
V předchozím příkladu 0,25 kg automobilu sjíždějícího z rampy byla čistá síla 1,23 N dolů z rampy, takže zrychlení by bylo:
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m} = \ frac {1,23} {0,25} = 4,92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {dolů po rampě}