Síla jako fyzikální koncept je popsána v Newtonově druhém zákoně, který říká, že zrychlení je výsledkem působení síly na hmotu. Matematicky to znamená:
F = ma
i když je důležité si uvědomit, že zrychlení a síla jsou vektorové veličiny (tj. mají obě a velikost a směr v trojrozměrném prostoru), zatímco hmotnost je skalární veličina (tj. má velikost pouze). Ve standardních jednotkách má síla jednotky Newtonů (N), hmotnost v kilogramech (kg) a zrychlení se měří v metrech za sekundu na druhou (m / s)2).
Některé síly jsou nekontaktní síly, což znamená, že působí, aniž by objekty, které je zažívají, byly v přímém vzájemném kontaktu. Mezi tyto síly patří gravitace, elektromagnetická síla a mezijaderné síly. Kontaktní síly na druhé straně vyžadují, aby se předměty vzájemně dotýkaly, ať už na pouhý okamžik (např míč dopadající a odrážející se od zdi) nebo po delší dobu (například osoba, která odvaluje pneumatiku) a kopec).
Ve většině kontextů je kontaktní síla vyvíjená na pohybující se objekt vektorovým součtem normálových a třecích sil. Třecí síla působí přesně proti směru pohybu, zatímco normální síla působí kolmo na tento směr, pokud se předmět pohybuje vodorovně vzhledem k gravitaci.
Krok 1: Určete třecí sílu
Tato síla se rovnákoeficient třeníμ mezi objektem a povrchem vynásobeným hmotností objektu, což je jeho hmotnost vynásobená gravitací. Tím pádem:
F_f = \ mu mg
Najděte hodnotu μ vyhledáním v online grafu, jako je ten na Engineer's Edge.Poznámka:Někdy budete muset použít koeficient kinetického tření a jindy budete potřebovat znát koeficient statického tření.
Předpokládejme pro tento problém, že FF = 5 Newtonů.
Krok 2: Určete normální sílu
Tato síla, FN, je jednoduše hmotnost objektu krát zrychlení v důsledku gravitace krát sinus úhlu mezi směrem pohybu a vertikálním gravitačním vektorem g, který má hodnotu 9,8 m / s2. U tohoto problému předpokládejme, že se objekt pohybuje vodorovně, takže úhel mezi směrem pohybu a gravitací je 90 stupňů, což má sinus 1. Tak FN = mg pro současné účely. Pokud by předmět klouzal po rampě orientované na 30 stupňů k vodorovné rovině, normální síla by byla:
F_N = mg \ krát \ sin {(90-30)} = mg \ krát \ sin {60} = mg \ krát 0,866
U tohoto problému však předpokládejte hmotnost 10 kg. FN je tedy 98 newtonů.
Krok 3: Aplikujte Pythagorovu větu k určení velikosti celkové kontaktní síly
Pokud si představíte normální sílu FN působící dolů a třecí síla FF působící vodorovně, vektorový součet je přepona, která doplňuje pravý trojúhelník spojující tyto silové vektory. Jeho velikost je tedy:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
což je pro tento problém
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ text {N}