La force, en tant que concept physique, est décrite par la deuxième loi de Newton, qui stipule que l'accélération se produit lorsqu'une force agit sur une masse. Mathématiquement, cela signifie :
F=ma
bien qu'il soit important de noter que l'accélération et la force sont des quantités vectorielles (c. magnitude et une direction dans l'espace tridimensionnel) alors que la masse est une quantité scalaire (c'est-à-dire qu'elle a une magnitude seul). En unités standard, la force a des unités de Newtons (N), la masse mesurée en kilogrammes (kg) et l'accélération est mesurée en mètres par seconde au carré (m/s2).
Certaines forces sont des forces sans contact, ce qui signifie qu'elles agissent sans que les objets qui les subissent ne soient en contact direct les uns avec les autres. Ces forces comprennent la gravité, la force électromagnétique et les forces internucléaires. Les forces de contact, d'autre part, exigent que les objets se touchent, ne serait-ce que pour un instant (comme une balle frappant et rebondissant sur un mur) ou sur une période prolongée (comme une personne faisant rouler un pneu sur un colline).
Dans la plupart des contextes, la force de contact exercée sur un objet en mouvement est la somme vectorielle des forces normales et de friction. La force de frottement agit exactement à l'opposé des directions du mouvement, tandis que la force normale agit perpendiculairement à cette direction si l'objet se déplace horizontalement par rapport à la gravité.
Étape 1: Déterminer la force de friction
Cette force est égale à lacoefficient de frictionμ entre l'objet et la surface multiplié par le poids de l'objet, qui est sa masse multipliée par la gravité. Ainsi:
F_f=\mu mg
Trouvez la valeur de μ en la recherchant dans un graphique en ligne tel que celui d'Engineer's Edge.Noter:Parfois, vous aurez besoin d'utiliser le coefficient de friction cinétique et à d'autres moments, vous aurez besoin de connaître le coefficient de friction statique.
Supposons pour ce problème que FF = 5 Newtons.
Étape 2: Déterminer la force normale
Cette force, FN, est simplement la masse de l'objet multipliée par l'accélération due à la gravité multipliée par le sinus de l'angle entre la direction du mouvement et le vecteur de gravité vertical g, qui a une valeur de 9,8 m/s2. Pour ce problème, supposons que l'objet se déplace horizontalement, donc l'angle entre la direction du mouvement et la gravité est de 90 degrés, ce qui a un sinus de 1. Ainsi FN = mg aux fins actuelles. Si l'objet glissait le long d'une rampe orientée à 30 degrés par rapport à l'horizontale, la force normale serait :
F_N=mg\fois\sin{(90-30)}=mg\fois \sin{60}=mg\fois 0,866
Pour ce problème, cependant, supposons une masse de 10 kg. FN est donc de 98 Newtons.
Étape 3: Appliquer le théorème de Pythagore pour déterminer l'amplitude de la force de contact globale
Si vous imaginez la force normale FN agissant vers le bas et la force de frottement FF agissant horizontalement, la somme vectorielle est l'hypoténuse qui complète un triangle rectangle joignant ces vecteurs de force. Sa grandeur est donc :
\sqrt{F_N^2+F_f^2}
qui pour ce problème est
\sqrt{15^2+98^2}=\sqrt{225+9604}=99.14\text{ N}