La forza, come concetto fisico, è descritta dalla seconda legge di Newton, la quale afferma che l'accelerazione si verifica quando una forza agisce su una massa. Matematicamente, questo significa:
F=ma
sebbene sia importante notare che l'accelerazione e la forza sono quantità vettoriali (cioè hanno entrambe a both grandezza e una direzione nello spazio tridimensionale) mentre la massa è una quantità scalare (cioè ha una grandezza solo). Nelle unità standard, la forza ha unità di Newton (N), la massa misurata in chilogrammi (kg) e l'accelerazione è misurata in metri al secondo quadrato (m/s2).
Alcune forze sono forze senza contatto, nel senso che agiscono senza che gli oggetti che le sperimentano siano in contatto diretto l'uno con l'altro. Queste forze includono la gravità, la forza elettromagnetica e le forze internucleari. Le forze di contatto, d'altra parte, richiedono che gli oggetti si tocchino l'un l'altro, sia questo per un semplice istante (come una palla che colpisce e rimbalza su un muro) o per un lungo periodo (come una persona che fa rotolare una gomma a collina).
Nella maggior parte dei contesti, la forza di contatto esercitata su un oggetto in movimento è la somma vettoriale delle forze normali e di attrito. La forza di attrito agisce esattamente in senso opposto alle direzioni di moto, mentre la forza normale agisce perpendicolarmente a questa direzione se l'oggetto si muove orizzontalmente rispetto alla gravità.
Passaggio 1: determinare la forza di attrito
Questa forza è uguale acoefficiente d'attritoμ tra l'oggetto e la superficie moltiplicato per il peso dell'oggetto, che è la sua massa moltiplicata per la gravità. Così:
F_f=\mu mg
Trova il valore di μ cercandolo in un grafico online come quello di Engineer's Edge.Nota:A volte sarà necessario utilizzare il coefficiente di attrito dinamico e altre volte sarà necessario conoscere il coefficiente di attrito statico.
Assumiamo per questo problema che Ff = 5 Newton.
Passaggio 2: determinare la forza normale
Questa forza, Fno, è semplicemente la massa dell'oggetto per l'accelerazione di gravità per il seno dell'angolo tra la direzione del moto e il vettore verticale di gravità g, che ha un valore di 9,8 m/s2. Per questo problema, supponiamo che l'oggetto si muova orizzontalmente, quindi l'angolo tra la direzione del movimento e la gravità è di 90 gradi, che ha un seno di 1. quindi Fno = mg ai fini attuali. Se l'oggetto stesse scivolando lungo una rampa orientata a 30 gradi rispetto all'orizzontale, la forza normale sarebbe:
F_N=mg\volte\sin{(90-30)}=mg\volte \sin{60}=mg\volte 0,866
Per questo problema, però, si supponga una massa di 10 kg. Fno è quindi 98 Newton.
Passaggio 3: applicare il teorema di Pitagora per determinare l'entità della forza di contatto complessiva
Se immagini la forza normale Fno che agisce verso il basso e la forza di attrito Ff agendo orizzontalmente, il vettore somma è l'ipotenusa che completa un triangolo rettangolo unendo questi vettori di forza. La sua grandezza è quindi:
\sqrt{F_N^2+F_f^2}
che per questo problema è
\sqrt{15^2+98^2}=\sqrt{225+9604}=99,14\text{N}
