leforce netteest la somme vectorielle de toutes les forces agissant sur un corps. (Rappelez-vous qu'une force est une poussée ou une traction.) L'unité SI pour la force est le newton (N), où 1 N = 1 kgm/s2.
\bold{F_{net}} = \bold{F_1 + F_2 + F_3 + ...}
La première loi de Newton stipule qu'un objet soumis à un mouvement uniforme - ce qui signifie qu'il est au repos ou se déplace à une vitesse constante - continuera à le faire à moins qu'il ne soit soumis à une force nette non nulle. La deuxième loi de Newton nous dit explicitement comment le mouvement va changer en raison de cette force nette :
\bold{F_{net}} = m\bold{a}
L'accélération - changement de vitesse au fil du temps - est directement proportionnelle à la force nette. Notez également que l'accélération et la force nette sont des quantités vectorielles qui pointent dans la même direction.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Une force nette de zéro NE SIGNIFIE PAS nécessairement que l'objet est arrêté! Une force nette de zéro NE SIGNIFIE PAS non plus qu'il n'y a pas de forces agissant sur un objet car il est possible que plusieurs forces agissent de manière à s'annuler.
Diagrammes de corps libre
La première étape pour trouver la force nette sur n'importe quel objet est de dessiner undiagramme de corps libre(FBD) montrant toutes les forces agissant sur cet objet. Cela se fait en représentant chaque vecteur de force sous la forme d'une flèche provenant du centre de l'objet et pointant dans la direction dans laquelle la force agit.
Par exemple, supposons qu'un livre soit posé sur une table. Les forces agissant sur elle seraient la force de gravité sur le livre, agissant vers le bas, et la force normale de la table sur le livre, agissant vers le haut. Le diagramme du corps libre de ce scénario consisterait en deux flèches de longueur égale provenant du centre du livre, l'une pointant vers le haut et l'autre pointant vers le bas.
Supposons que le même livre soit poussé vers la droite avec une force de 5 N tandis qu'une force de friction de 3 N s'oppose au mouvement. Maintenant, le diagramme du corps libre comprendrait une flèche 5-N vers la droite et une flèche 3-N vers la gauche.
Enfin, supposons que le même livre soit sur une pente, glissant vers le bas. Dans ce scénario, les trois forces sont la force gravitationnelle sur le livre, qui pointe vers le bas; la force normale sur le livre, qui pointe perpendiculairement à la surface; et la force de frottement, qui pointe à l'opposé de la direction du mouvement.
Calcul de la force nette
Une fois que vous avez dessiné le diagramme du corps libre, vous pouvez utiliser l'addition vectorielle pour trouver la force nette agissant sur l'objet. Nous examinerons trois cas en explorant cette idée :
Cas 1: Toutes les forces se trouvent sur la même ligne.
Si toutes les forces se trouvent sur la même ligne (pointant vers la gauche et la droite uniquement, ou vers le haut et le bas uniquement, par exemple), la détermination de la force nette est la suivante simple que d'ajouter les amplitudes des forces dans le sens positif et de soustraire les amplitudes des forces dans le sens négatif direction. (Si deux forces sont égales et opposées, comme c'est le cas avec le livre posé sur la table, la force nette = 0)
Exemple:Considérons une balle de 1 kg tombant sous l'effet de la gravité, subissant une force de résistance de l'air de 5 N. Il y a une force vers le bas due à la gravité de 1 kg × 9,8 m/s2 = 9,8 N, et une force ascendante de 5 N. Si nous utilisons la convention selon laquelle le haut est positif, la force nette est de 5 N - 9,8 N = -4,8 N, ce qui indique une force nette de 4,8 N vers le bas.
Cas 2: Toutes les forces reposent sur des axes perpendiculaires et s'ajoutent à 0 le long d'un axe.
Dans ce cas, en raison des forces s'ajoutant à 0 dans une direction, nous n'avons besoin de nous concentrer que sur la direction perpendiculaire lors de la détermination de la force nette. (Bien que le fait de savoir que les forces dans la première direction s'ajoutent à 0 peut parfois nous donner des informations sur le forces dans la direction perpendiculaire, par exemple lors de la détermination des forces de frottement en termes de force normale ordre de grandeur.)
Exemple:Une petite voiture de 0,25 kg est poussée sur le sol avec une force de 3 N agissant vers la droite. Une force de friction 2-N agit pour s'opposer à ce mouvement. Notez que la gravité agit également vers le bas sur cette voiture avec une force de 0,25 kg × 9,8 m/s2= 2,45 N, et une force normale agit vers le haut, également avec 2,45 N.(Comment savons-nous cela? Parce qu'il n'y a pas de changement de mouvement dans la direction verticale lorsque la voiture est poussée sur le sol, la force nette dans la direction verticale doit donc être de 0.)Cela simplifie tout dans le cas unidimensionnel, car les seules forces qui ne s'annulent pas sont tout le long d'une direction. La force nette sur la voiture est alors de 3 N - 2 N = 1 N vers la droite.
Cas 3: Toutes les forces ne sont pas confinées à une ligne et ne reposent pas sur des axes perpendiculaires.
Si nous savons dans quelle direction l'accélération sera, nous choisirons un système de coordonnées où cette direction se trouve sur l'axe x positif ou l'axe y positif. À partir de là, nous décomposons chaque vecteur de force en composantes x et y. Comme le mouvement dans une direction est constant, la somme des forces dans cette direction doit être égale à 0. Les forces dans l'autre sens sont alors les seuls contributeurs à la force nette et ce cas a été réduit au cas 2.
Si nous ne savons pas dans quelle direction l'accélération sera, nous pouvons choisir n'importe quelle coordonnée cartésienne système, bien qu'il soit généralement plus pratique d'en choisir un dans lequel une ou plusieurs des forces se trouvent sur un axe. Divisez chaque vecteur de force en composantes x et y. Déterminer la force nette dans leXdirection et la force nette dans leouidirection séparément. Le résultat donne les coordonnées x et y de la force nette.
Exemple:Une voiture de 0,25 kg roule sans frottement sur une pente de 30 degrés due à la gravité.
Nous utiliserons un système de coordonnées aligné avec la rampe comme indiqué. Le diagramme du corps libre se compose de la gravité agissant directement vers le bas et de la force normale agissant perpendiculairement à la surface.
Nous devons diviser la force gravitationnelle en composantes x et y, ce qui donne :
F_{gx} = F_g\sin(\theta)\\ F_{gy} = F_g\cos(\theta)
Depuis le mouvement dans leouidirection est constante, nous savons que la force nette dans leouila direction doit être 0 :
F_N - F_{gy} = 0
(Remarque: cette équation nous permet de déterminer l'amplitude de la force normale.)
Dans la direction x, la seule force estFgx, Par conséquent:
F_{net} = F_{gx} = F_g\sin(\theta) = mg\sin(\theta) = 0.25\times9.8\times\sin (30) = 1.23 \text{ N}
Comment trouver l'accélération de la force nette
Une fois que vous avez déterminé votre vecteur de force net, trouver l'accélération d'un objet est une simple application de la deuxième loi de Newton.
\bold{F_{net}} = m\bold{a}\implies\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m}
Dans l'exemple précédent de la voiture de 0,25 kg descendant la rampe, la force nette était de 1,23 N sur la rampe, donc l'accélération serait :
\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m} = \frac{1.23}{0.25} = 4.92\text{ m/s}^2\text{ en bas de la rampe}