Kraft als physikalisches Konzept wird durch das zweite Newtonsche Gesetz beschrieben, das besagt, dass eine Beschleunigung entsteht, wenn eine Kraft auf eine Masse einwirkt. Mathematisch bedeutet dies:
F=ma
obwohl es wichtig zu beachten ist, dass Beschleunigung und Kraft Vektorgrößen sind (d. h. sie haben beide a Größe und eine Richtung im dreidimensionalen Raum), während die Masse eine skalare Größe ist (d. h. sie hat eine Größe nur). In Standardeinheiten hat die Kraft die Einheit Newton (N), die Masse in Kilogramm (kg) und die Beschleunigung in Metern pro Sekunde zum Quadrat (m/s .).2).
Einige Kräfte sind berührungslose Kräfte, das heißt, sie wirken, ohne dass die Objekte, die sie erfahren, in direktem Kontakt miteinander stehen. Zu diesen Kräften gehören die Schwerkraft, die elektromagnetische Kraft und die internuklearen Kräfte. Kontaktkräfte hingegen erfordern, dass sich Objekte berühren, sei es nur für einen kurzen Moment (wie z ein Ball, der von einer Wand aufschlägt und abprallt) oder über einen längeren Zeitraum (z. B. wenn eine Person einen Reifen aufrollt) Hügel).
In den meisten Kontexten ist die auf ein bewegtes Objekt ausgeübte Kontaktkraft die Vektorsumme von Normal- und Reibungskräften. Die Reibungskraft wirkt genau entgegengesetzt zu den Bewegungsrichtungen, während die Normalkraft senkrecht zu dieser Richtung wirkt, wenn sich das Objekt horizontal in Bezug auf die Schwerkraft bewegt.
Schritt 1: Bestimmen Sie die Reibungskraft
Diese Kraft ist gleich derReibungskoeffizientμ zwischen dem Objekt und der Oberfläche multipliziert mit dem Gewicht des Objekts, das seine Masse multipliziert mit der Schwerkraft ist. So:
F_f=\mu mg
Finden Sie den Wert von μ, indem Sie ihn in einem Online-Diagramm wie dem von Engineer's Edge nachschlagen.Hinweis:Manchmal müssen Sie den Gleitreibungskoeffizienten verwenden und manchmal müssen Sie den Haftreibungskoeffizienten kennen.
Nehmen Sie für dieses Problem an, dass Ff = 5 Newton.
Schritt 2: Bestimmen Sie die Normalkraft
Diese Kraft, FNein, ist einfach die Masse des Objekts mal die Erdbeschleunigung mal den Sinus des Winkels zwischen der Bewegungsrichtung und dem vertikalen Gravitationsvektor g, der einen Wert von 9,8 m/s hat2. Nehmen Sie für dieses Problem an, dass sich das Objekt horizontal bewegt, sodass der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung und der Schwerkraft 90 Grad beträgt, was einem Sinus von 1 entspricht. Also FNein = mg für die vorliegenden Zwecke. Wenn das Objekt eine Rampe hinunterrutschen würde, die in einem Winkel von 30 Grad zur Horizontalen ausgerichtet ist, wäre die Normalkraft:
F_N=mg\times\sin{(90-30)}=mg\times\sin{60}=mg\times 0.866
Nehmen Sie für dieses Problem jedoch eine Masse von 10 kg an. FNein beträgt also 98 Newton.
Schritt 3: Wenden Sie den Satz des Pythagoras an, um die Größe der Gesamtkontaktkraft zu bestimmen
Wenn Sie sich die Normalkraft F. vorstellenNein nach unten wirkend und die Reibungskraft Ff horizontal wirkend, ist die Vektorsumme die Hypotenuse, die ein rechtwinkliges Dreieck vervollständigt, das diese Kraftvektoren verbindet. Seine Größe ist somit:
\sqrt{F_N^2+F_f^2}
was für dieses Problem ist
\sqrt{15^2+98^2}=\sqrt{225+9604}=99,14\text{ N}