הכוח נטוהוא סכום וקטורי של כל הכוחות הפועלים על גוף. (נזכיר שכוח הוא דחיפה או משיכה.) יחידת SI לכוח היא הניוטון (N), כאשר 1 N = 1 ק"ג / שנ2.
\ bold {F_ {net}} = \ bold {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
החוק הראשון של ניוטון קובע כי אובייקט שעובר תנועה אחידה - כלומר הוא במנוחה או נע במהירות קבועה - ימשיך לעשות זאת אלא אם כן יופעל על ידי כוח רשת שאינו אפס. החוק השני של ניוטון אומר לנו במפורש כיצד תשתנה התנועה כתוצאה מכוח נטו זה:
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a}
התאוצה - שינוי המהירות לאורך זמן - פרופורציונלית ישירות לכוח הנקי. שים לב גם שתאוצה וגם כוח נטו הם כמויות וקטוריות המצביעות באותו כיוון.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
כוח נטו של אפס לא אומר בהכרח שהאובייקט נעצר! כוח נטו של אפס גם אינו אומר שאין כוחות הפועלים על אובייקט מכיוון שכוחות מרובים יכולים לפעול באופן כזה שהם מבטלים זה את זה.
דיאגרמות לגוף חופשי
הצעד הראשון במציאת כוח נטו על כל אובייקט הוא ציור aתרשים גוף חופשי(FBD) מראה את כל הכוחות הפועלים על אובייקט זה. זה נעשה על ידי ייצוג כל וקטור כוח כחץ שמקורו במרכז האובייקט ומצביע לכיוון בו הכוח פועל.
לדוגמא, נניח שספר יושב על שולחן. הכוחות הפועלים עליו יהיו כוח הכבידה על הספר, הפועל מטה, והכוח הרגיל של השולחן על הספר, הפועל כלפי מעלה. תרשים הגוף החופשי של תרחיש זה יורכב משני חצים באורך שווה שמקורם במרכז הספר, האחד מצביע כלפי מעלה והשני מצביע כלפי מטה.
נניח שאותו ספר נדחק ימינה בכוח של 5 N בעוד שכוח חיכוך 3-N התנגד לתנועה. כעת תרשים הגוף החופשי יכלול חץ 5-N מימין וחץ 3-N משמאל.
לבסוף, נניח שאותו ספר היה בשיפוע, מחליק מטה. בתרחיש זה, שלושת הכוחות הם כוח הכבידה על הספר, שמצביע ישר כלפי מטה; הכוח הרגיל על הספר, שמצביע בניצב לפני השטח; וכוח החיכוך, שמצביע נגד כיוון התנועה.
חישוב כוח נטו
לאחר שציירת את הדיאגרמה של גוף חופשי, אתה יכול להשתמש בתוספת וקטורית כדי למצוא את הכוח הנקי הפועל על האובייקט. אנו נשקול שלושה מקרים כאשר אנו בוחנים רעיון זה:
מקרה 1: כל הכוחות מונחים על אותו קו.
אם כל הכוחות מונחים על אותו קו (מצביעים ימינה ושמאלה בלבד, או רק למעלה ולמטה, למשל), קביעת הכוח נטו היא כמו פשוט כמוסיף את גודל הכוחות בכיוון החיובי, ומחסיר את גודל הכוחות בשלילה כיוון. (אם שני כוחות שווים והפוכים, כפי שקורה בספר המונח על השולחן, הכוח הנקי = 0)
דוגמא:שקול כדור של 1 ק"ג שנופל בגלל כוח הכבידה, וחווה כוח התנגדות אוויר של 5 נ '. יש עליו כוח כלפי מטה בגלל כוח המשיכה של 1 ק"ג × 9.8 מ / ש2 = 9.8 N, וכוח כלפי מעלה של 5 N. אם נשתמש במוסכמה שמעלה חיובי, אז הכוח הנקי הוא 5 N - 9.8 N = -4.8 N, מה שמצביע על כוח נטו של 4.8 N בכיוון כלפי מטה.
מקרה 2: כל הכוחות מונחים על צירים בניצב ומוסיפים ל- 0 לאורך ציר אחד.
במקרה זה, בגלל כוחות שמוסיפים ל- 0 בכיוון אחד, עלינו להתמקד רק בכיוון הניצב בעת קביעת הכוח הנקי. (אם כי הידע שהכוחות בכיוון הראשון מוסיף ל 0 יכול לפעמים לתת לנו מידע על ה כוחות בכיוון הניצב, כמו למשל בקביעת כוחות חיכוך במונחים של הכוח הרגיל עוצמה.)
דוגמא:מכונית צעצוע של 0.25 ק"ג נדחפת על הרצפה עם כוח 3-N הפועל ימינה. כוח חיכוך בן 2 N פועל כנגד התנועה הזו. שים לב שכוח המשיכה פועל גם כלפי מטה על מכונית זו בכוח של 0.25 ק"ג × 9.8 מ / ש2= 2.45 N, וכוח נורמלי פועל כלפי מעלה, גם עם 2.45 N.(איך נדע זאת? מכיוון שאין שינוי בתנועה בכיוון האנכי כאשר המכונית נדחקת לרצפה, מכאן שכוח הרשת בכיוון האנכי חייב להיות 0.)זה הופך את הכל לפשוט למקרה החד-ממדי מכיוון שהכוחות היחידים שלא מבטלים הם לאורך כל כיוון אחד. הכוח הנקי על המכונית הוא אז 3 N - 2 N = 1 N ימינה.
מקרה 3: כל הכוחות אינם מוגבלים לקו ואינם שוכבים על צירים בניצב.
אם נדע באיזה כיוון תהיה התאוצה, נבחר מערכת קואורדינטות בה כיוון זה נמצא על ציר ה- x החיובי או על ציר ה- y החיובי. משם אנו שוברים כל וקטור כוח לרכיבי x ו- y. מכיוון שתנועה לכיוון אחד קבועה, סכום הכוחות בכיוון זה חייב להיות 0. הכוחות בכיוון השני הם אז התורמים היחידים לכוח נטו ומקרה זה הצטמצם למקרה 2.
אם איננו יודעים באיזה כיוון תהיה התאוצה, אנו יכולים לבחור בכל קואורדינטות קרטזיות מערכת, אם כי בדרך כלל הכי נוח לבחור מערכת בה אחד או יותר מהכוחות מונחים על צִיר. לשבור כל וקטור כוח למרכיבי x ו- y. קבע את הכוח הנקי באיקסכיוון וכוח נטו בyכיוון בנפרד. התוצאה נותנת את קואורדינטות ה- x ו- y של הכוח הנקי.
דוגמא:מכונית של 0.25 ק"ג מתגלגלת בלי חיכוך במדרון של 30 מעלות בגלל כוח המשיכה.
נשתמש במערכת קואורדינטות שתואמת את הרמפה כפי שמוצג. התרשים של הגוף החופשי מורכב מכוח המשיכה הפועל ישר מטה והכוח הרגיל הפועל בניצב לפני השטח.
עלינו לשבור את כוח הכבידה למרכיבי x ו- y, שנותן:
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
מאז תנועה בyהכיוון הוא קבוע, אנו יודעים שהכוח הנקי בyהכיוון חייב להיות 0:
F_N - F_ {gy} = 0
(הערה: משוואה זו מאפשרת לנו לקבוע את גודל הכוח הרגיל.)
בכיוון x, הכוח היחיד הואFgxומכאן:
F_ {net} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0.25 \ times9.8 \ times \ sin (30) = 1.23 \ text {N}
כיצד למצוא תאוצה מכוח נטו
לאחר שקבעת את וקטור הכוח נטו שלך, מציאת האצה של אובייקט היא יישום פשוט של החוק השני של ניוטון.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ מרמז על \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
בדוגמה הקודמת למכונית של 0.25 ק"ג שהתגלגלה במורד הרמפה, הכוח נטו היה 1.23 N במורד הרמפה, כך שהתאוצה תהיה:
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m} = \ frac {1.23} {0.25} = 4.92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {בהמשך הרמפה}