Η Δύναμη, ως έννοια της φυσικής, περιγράφεται από τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, ο οποίος αναφέρει ότι η επιτάχυνση προκύπτει όταν μια δύναμη δρα σε μια μάζα. Μαθηματικά, αυτό σημαίνει:
F = μα
αν και είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η επιτάχυνση και η δύναμη είναι ποσότητες φορέα (δηλαδή, έχουν και τα δύο α μέγεθος και κατεύθυνση σε τρισδιάστατο χώρο) ενώ η μάζα είναι μια βαθμίδα (δηλαδή, έχει μέγεθος μόνο). Σε τυπικές μονάδες, η δύναμη έχει μονάδες Newtons (N), η μάζα μετριέται σε χιλιόγραμμα (kg) και η επιτάχυνση μετράται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο (m / s2).
Ορισμένες δυνάμεις είναι δυνάμεις μη επαφής, που σημαίνει ότι ενεργούν χωρίς τα αντικείμενα που τα βιώνουν να βρίσκονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους. Αυτές οι δυνάμεις περιλαμβάνουν τη βαρύτητα, την ηλεκτρομαγνητική δύναμη και τις εσωτερικές πυρηνικές δυνάμεις. Οι δυνάμεις επαφής, από την άλλη πλευρά, απαιτούν αντικείμενα να αγγίζουν το ένα το άλλο, να είναι αυτό για μια στιγμή (όπως μια μπάλα που χτυπάει και αναπηδά από έναν τοίχο) ή για μεγάλο χρονικό διάστημα (όπως ένα άτομο που ρίχνει ένα ελαστικό επάνω λόφος).
Στα περισσότερα περιβάλλοντα, η δύναμη επαφής που ασκείται σε ένα κινούμενο αντικείμενο είναι το διανυσματικό άθροισμα των κανονικών και τριβών. Η δύναμη τριβής ενεργεί ακριβώς απέναντι από τις κατευθύνσεις της κίνησης, ενώ η κανονική δύναμη δρα κάθετα προς αυτήν την κατεύθυνση εάν το αντικείμενο κινείται οριζόντια σε σχέση με τη βαρύτητα.
Βήμα 1: Προσδιορίστε τη δύναμη τριβής
Αυτή η δύναμη είναι ίση με τοσυντελεστής τριβήςμ μεταξύ του αντικειμένου και της επιφάνειας πολλαπλασιαζόμενο επί του βάρους του αντικειμένου, το οποίο είναι η μάζα του πολλαπλασιασμένο επί του βάρους. Ετσι:
F_f = \ mu mg
Βρείτε την τιμή του μ αναζητώντας το σε ένα διαδικτυακό γράφημα όπως αυτό στο Engineer's Edge.Σημείωση:Μερικές φορές θα χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε τον συντελεστή κινητικής τριβής και άλλες φορές θα πρέπει να γνωρίζετε τον συντελεστή στατικής τριβής.
Ας υποθέσουμε για αυτό το πρόβλημα ότι Fφά = 5 Νιούτον.
Βήμα 2: Προσδιορίστε την Κανονική Δύναμη
Αυτή η δύναμη, FΝ, είναι απλώς η μάζα του αντικειμένου επί την επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας επί το ημίτονο της γωνίας μεταξύ της κατεύθυνσης κίνησης και του φορέα κατακόρυφου βάρους g, που έχει τιμή 9,8 m / s2. Για αυτό το πρόβλημα, υποθέστε ότι το αντικείμενο κινείται οριζόντια, οπότε η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης κίνησης και της βαρύτητας είναι 90 μοίρες, η οποία έχει ημίτονο 1 Έτσι FΝ = mg για τους παρόντες σκοπούς. Εάν το αντικείμενο γλιστρά κάτω από μια ράμπα προσανατολισμένη στις 30 μοίρες προς την οριζόντια, η κανονική δύναμη θα ήταν:
F_N = mg \ φορές \ sin {(90-30)} = mg \ φορές \ sin {60} = mg \ φορές 0,886
Για αυτό το πρόβλημα, ωστόσο, υποθέστε μια μάζα 10 κιλών. φάΝ είναι επομένως 98 Νιούτον.
Βήμα 3: Εφαρμόστε το Πυθαγόρειο Θεώρημα για να προσδιορίσετε το μέγεθος της συνολικής δύναμης επαφής
Εάν φαντάζεστε την κανονική δύναμη FΝ ενεργώντας προς τα κάτω και η δύναμη τριβής Fφά ενεργώντας οριζόντια, το άθροισμα του διανύσματος είναι η υπόθεση που συμπληρώνει ένα δεξί τρίγωνο που ενώνει αυτούς τους διανύσματα δύναμης. Το μέγεθος του είναι έτσι:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
που για αυτό το πρόβλημα είναι
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ κείμενο {N}