Voimaa fysiikan käsitteenä kuvaa Newtonin toinen laki, jonka mukaan kiihtyvyys syntyy, kun voima vaikuttaa massaan. Matemaattisesti tämä tarkoittaa:
F = ma
vaikka on tärkeää huomata, että kiihtyvyys ja voima ovat vektorimääriä (ts. niillä on molemmat a suuruus ja suunta kolmiulotteisessa avaruudessa), kun taas massa on skalaarinen määrä (ts. sillä on suuruus vain). Vakiolaitteissa voimalla on yksikköä Newtonia (N), massa mitattuna kilogrammoina (kg), ja kiihtyvyys mitataan metreinä sekunnissa (m / s)2).
Jotkut voimat ovat kosketuksettomia voimia, mikä tarkoittaa, että ne toimivat ilman, että kokeneet esineet ovat suorassa kosketuksessa toistensa kanssa. Nämä voimat sisältävät painovoiman, sähkömagneettisen voiman ja ydinvoimat. Kosketusvoimat puolestaan vaativat esineitä koskettamaan toisiaan, olkoon tämä vain hetkeksi (kuten pallo iski ja pomppii seinältä) tai pidemmän ajan (kuten henkilö, joka vierittää rengasta ylös a mäki).
Useimmissa yhteyksissä liikkuvaan kohteeseen kohdistuva kosketusvoima on normaalien ja kitkavoimien vektorisumma. Kitkavoima toimii täsmälleen vastakkain liikesuuntiin, kun taas normaali voima vaikuttaa kohtisuoraan tähän suuntaan, jos esine liikkuu vaakasuunnassa painovoiman suhteen.
Vaihe 1: Määritä kitkavoima
Tämä voima on yhtä suuri kuinkitkakerroinμ kohteen ja pinnan välillä kerrottuna kohteen painolla, joka on sen massa kerrottuna painovoimalla. Täten:
F_f = \ mg mg
Löydä μ: n arvo etsimällä sitä online-kaaviosta, kuten Engineer's Edgen kuvasta.merkintä:Joskus sinun on käytettävä kineettisen kitkan kerrointa ja toisinaan sinun on tiedettävä staattisen kitkan kerroin.
Oletetaan tälle ongelmalle, että Ff = 5 newtonia.
Vaihe 2: Määritä normaali voima
Tämä voima, FN, on yksinkertaisesti kohteen massa kertaa painovoiman aiheuttama kiihtyvyys kertaa liikesuunnan ja pystysuoran painovoimavektorin g välisen kulman sini, jonka arvo on 9,8 m / s2. Oletetaan tätä ongelmaa varten, että esine liikkuu vaakasuunnassa, joten kulkusuunta ja painovoima on 90 astetta, jonka sinus on 1. Siten FN = mg nykyisiin tarkoituksiin. Jos esine liukaisi alas 30 astetta vaakasuoraan suunnatussa rampissa, normaali voima olisi:
F_N = mg \ kertaa \ sin {(90-30)} = mg \ kertaa \ sin {60} = mg \ kertaa 0,866
Oletetaan tälle ongelmalle kuitenkin 10 kg massa. FN on siis 98 Newtonia.
Vaihe 3: Sovita Pythagoraan lause, jotta voit määrittää yleisen kosketusvoiman suuruuden
Jos kuvaat normaalin voiman FN toimii alaspäin ja kitkavoima Ff toimii vaakasuunnassa, vektorisumma on hypotenuusa, joka muodostaa suorakolmion, joka yhdistää nämä voimavektorit. Sen suuruus on siis:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
mikä tässä ongelmassa on
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ teksti {N}