Kako izračunati veličinu sile u fizici

Izračunavanje veličina za sile važan je dio fizike. Kada radite u jednoj dimenziji, veličina sile nije nešto što morate uzeti u obzir. Izračunavanje veličine veći je izazov u dvije ili više dimenzija jer će sila imati "komponente" duž objex-i osi y i eventualno osi z ako je trodimenzionalna sila. Naučiti to raditi jednom snagom i rezultirajućom silom dviju ili više pojedinačnih sila je važna vještina za svakog nadobudnog fizičara ili bilo koga tko radi na problemima klasične fizike za škola.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Pronađi rezultantnu silu iz dva vektora tako da prvo dodašx-komponente ig-komponente za pronalaženje rezultantnog vektora, a zatim koriste istu formulu za njegovu veličinu.

Prvi korak ka razumijevanju što znači izračunati veličinu sile u fizici jest naučiti što je vektor. "Skalar" je jednostavna veličina koja samo ima vrijednost, poput temperature ili brzine. Kad očitate temperaturu od 50 stupnjeva F, ona vam govori sve što trebate znati o temperaturi predmeta. Ako pročitate da nešto putuje brzinom od 10 milja na sat, ta vam brzina govori sve što trebate znati o tome kako se brzo kreće.

Vektor je drugačiji jer ima smjer kao i veličinu. Ako gledate vremensku prognozu, naučit ćete koliko brzo vjetar putuje i u kojem smjeru. Ovo je vektor jer vam daje taj dodatni dio informacija. Brzina je vektorski ekvivalent brzine, gdje ćete saznati smjer kretanja, kao i brzinu kretanja. Dakle, ako nešto putuje 10 milja na sat prema sjeveroistoku, brzina (10 milja na sat) je veličina, sjeveroistok je smjer, a oba dijela zajedno čine vektorsku brzinu.

U mnogim su slučajevima vektori podijeljeni u "komponente". Brzina se može dati kao kombinacija brzine u sjevernom smjeru i brzine u istočnom smjeru smjera tako da rezultirajuće kretanje bude prema sjeveroistoku, ali trebate oba bita informacija da biste utvrdili koliko se brzo kreće i gdje se nalazi ide. U fizičkim problemima istok i sjever obično se zamjenjuju sxigkoordinate.

Da biste izračunali veličinu vektora sile, koristite komponente zajedno s Pitagorinim teoremom. Razmislite oxkoordinata sile kao baze trokuta,gkomponenta kao visina trokuta, a hipotenuza kao rezultantna sila obje komponente. Proširujući vezu, kut koji hipotenuza čini s bazom je smjer sile.

Ako sila potisne 4 Njutna (N) u smjeru x i 3 N u smjeru y, Pitagorin teorem i objašnjenje trokuta pokazuju što trebate učiniti pri izračunavanju veličine. Koristećixzax-Koordinirati,gzag-koordinirati iFza veličinu sile, to se može izraziti kao:

Riječima je rezultantna sila kvadratni korijen odx​² plusg​². Koristeći gornji primjer:

Dakle, 5 N je veličina sile.

Imajte na umu da za trokomponentne sile dodajetezkomponenta na istu formulu. Tako:

Smjer sile nije fokus ovog pitanja, ali lako je razviti na temelju trokuta komponenata i rezultirajuće sile iz posljednjeg odjeljka. Smjer možete izraditi pomoću trigonometrije. Identitet koji najviše odgovara zadatku za većinu problema je:

Ovdjeθ​ stoji za kut između vektora ix-os. To znači da možete koristiti komponente sile da biste to razradili. Ako želite, možete upotrijebiti veličinu i definiciju cos ili grijeha. Smjer daje:

Koristeći isti primjer kao gore:

Dakle, vektor pravi osi x kut od oko 37 stupnjeva.

Ako imate dvije ili više sila, izračunajte rezultantnu veličinu sile tako što ćete prvo pronaći rezultantni vektor, a zatim primijeniti isti pristup kao gore. Jedina dodatna vještina koja vam treba je pronalaženje rezultantnog vektora, a to je prilično jednostavno. Trik je u tome što dodate odgovarajućexigkomponente zajedno. Korištenje primjera to bi trebalo razjasniti.

Zamislite jedrilicu na vodi koja se kreće zajedno sa silom vjetra i strujom vode. Voda daje silu od 4 N u smjeru x i 1 N u smjeru y, a vjetar dodaje silu od 5 N u smjeru x i 3 N u smjeru y. Rezultantni vektor jexkomponente sastavljene zajedno (4 + 5 = 9 N) igkomponente sastavljene zajedno (3 + 1 = 4 N). Tako ćete završiti s 9 N u smjeru x i 4 N u smjeru y. Nađite veličinu rezultirajuće sile koristeći isti pristup kao gore: