La primera ecuación que se enseña en dinámica es F = ma, que es "la fuerza es igual a la masa por la aceleración". Esta ecuación describe la fuerza que debe ejercerse sobre un objeto de peso o masa conocidos cuando se acelera o desacelerado. Si una bicicleta de carreras con un ciclista que viaja a 20 millas por hora debe detenerse dentro de una cierta distancia, puede calcular cuánta fuerza se aplicará a la pinza de freno en la llanta de la rueda trasera. También puede demostrar que duplicar la velocidad cuadriplica (al cuadrado) la fuerza requerida para detenerse.
Defina la velocidad para forzar la aplicación. En este ejemplo, la bicicleta con su ciclista pesa 210 libras. El ciclista nota una línea de parada blanca que está a 30 pies delante de él cuando aplica el freno. Como ya conoce la velocidad, ahora tiene suficiente información para calcular la fuerza de frenado requerida.
Resuelva para el tiempo T, que le permitirá calcular la aceleración, o en este caso, la desaceleración. La velocidad promedio sobre los 30 pies es de 20 mph dividida por dos, o 10 mph, que es 14.66 pies por segundo. Si los 30 pies están cubiertos a una velocidad promedio de 14.66 pies por segundo, entonces se necesitan 2.045 segundos para detenerse.
Resuelva la aceleración usando los 2.045 segundos para cubrir 30 pies. Dado que el cálculo de la distancia es D = v (0) x T +1/2 (a) T ^ 2, el primer término puede ignorarse ya que toda la distancia recorrida se toma en cuenta por la desaceleración a cero. Por lo tanto, 30 pies equivalen a ½ a xT ^ 2, que es 30 = ½ a x 2.045 ^ 2 o 30 = 1/2 a x 4.18. Reorganizando, a = 30 x 2 / 4.18 = 14.35 pies por segundo / seg.
Resuelva para la fuerza usando la ecuación básica F = ma. Fuerza F = 210 x 14.35 pies por segundo / seg / 32.2 pies por segundo / seg (aceleración de la gravedad) o 93.58 libras de fuerza aplicada constantemente por el freno a la llanta durante 2.045 segundos para detener la bicicleta. Probablemente esto esté justo en el límite práctico de la capacidad de parada de esta bicicleta.
Demuestre que duplicar la velocidad cuadriplica la fuerza requerida. Una velocidad de 40 millas por hora resultaría en un tiempo de parada de 1.023 segundos, la mitad de 2.045 segundos en la primera instancia. El término D = ½ x a x T ^ 2 funcionaría con una aceleración de a = 30 x 2 / 1.046, o 57.36 pies por segundo / seg. Por lo tanto, F = ma resultaría en F = 374.08 libras, muy poco razonable para un freno de pinza en un neumático de carreras delgado. Este ciclista tonto nunca se detendría a 40 mph en la distancia de 30 pies, y pasaría rápidamente la señal de alto.