그만큼순 힘신체에 작용하는 모든 힘의 벡터 합입니다. (힘은 밀기 또는 당기기임을 상기하십시오.) 힘의 SI 단위는 뉴턴 (N)입니다. 여기서 1 N = 1 kgm / s2.
\ bold {F_ {net}} = \ bold {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
뉴턴의 첫 번째 법칙은 균일 한 움직임을 겪는 물체 (즉, 정지 상태이거나 일정한 속도로 움직이는 것)는 0이 아닌 순 힘에 의해 작용하지 않는 한 계속 그렇게 할 것이라고 말합니다. 뉴턴의 제 2 법칙은이 순 힘의 결과로 운동이 어떻게 변할 것인지를 명시 적으로 알려줍니다.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a}
가속도 (시간에 따른 속도 변화)는 순 힘에 정비례합니다. 가속도와 순 힘은 모두 동일한 방향을 가리키는 벡터 수량입니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
순 힘이 0이라고해서 반드시 물체가 멈춘 것은 아닙니다! 순 힘이 0이라는 것은 여러 힘이 서로를 상쇄하는 방식으로 작용할 수 있기 때문에 물체에 작용하는 힘이 없음을 의미하지도 않습니다.
자유 물체 다이어그램
물체에 대한 순 힘을 찾는 첫 번째 단계는자유 물체 다이어그램(FBD)는 해당 물체에 작용하는 모든 힘을 보여줍니다. 이것은 각 힘 벡터를 물체의 중심에서 시작하여 힘이 작용하는 방향을 가리키는 화살표로 표현함으로써 수행됩니다.
예를 들어, 책이 테이블에 앉아 있다고 가정합니다. 그것에 작용하는 힘은 책에 작용하는 중력, 아래로 작용하는 책에있는 테이블의 수직 힘이 될 것입니다. 이 시나리오의 자유 물체 다이어그램은 책의 중심에서 시작된 길이가 같은 두 개의 화살표로 구성됩니다. 하나는 위를 가리키고 다른 하나는 아래를 가리 킵니다.
같은 책을 5N의 힘으로 오른쪽으로 밀고 3N의 마찰력이 운동에 반대한다고 가정합니다. 이제 자유 물체 다이어그램에는 오른쪽에 5-N 화살표와 왼쪽에 3-N 화살표가 포함됩니다.
마지막으로 같은 책이 기울어 져서 아래로 미끄러 져 내려 갔다고 가정합니다. 이 시나리오에서 세 가지 힘은 바로 아래를 가리키는 책의 중력입니다. 표면에 수직을 가리키는 책의 수직 힘; 그리고 마찰력은 운동의 반대 방향을 가리 킵니다.
순 힘 계산
자유 물체 다이어그램을 그린 후에는 벡터 추가를 사용하여 물체에 작용하는 순 힘을 찾을 수 있습니다. 이 아이디어를 탐구하면서 세 가지 사례를 고려할 것입니다.
사례 1: 모든 힘이 같은 선에 있습니다.
모든 힘이 동일한 선에있는 경우 (예: 왼쪽과 오른쪽 만 가리 키거나 위아래로만 가리킴) 순 힘을 결정하는 것은 다음과 같습니다. 양의 방향으로 힘의 크기를 더하고 음의 방향으로 힘의 크기를 빼는 것처럼 간단합니다. 방향. (책이 탁자 위에 놓여있는 경우처럼 두 힘이 같고 반대이면 순 힘 = 0)
예:5N의 공기 저항력을 경험하는 중력으로 인해 1kg의 공이 떨어지는 것을 고려하십시오. 1kg × 9.8m / s의 중력으로 인해 아래로 향하는 힘이 있습니다.2 = 9.8 N, 상향 힘 5 N. up이 양수라는 규칙을 사용하면 순 힘은 5 N-9.8 N = -4.8 N이며, 이는 아래쪽 방향으로 4.8 N의 순 힘을 나타냅니다.
사례 2: 모든 힘은 수직 축에 있으며 한 축을 따라 0에 더합니다.
이 경우 한 방향으로 힘이 0에 추가되기 때문에 순 힘을 결정할 때 수직 방향에만 초점을 맞추면됩니다. (첫 번째 방향의 힘이 0에 추가된다는 것을 알고 있으면 때때로 수직 방향의 힘 (예: 수직력 측면에서 마찰력을 결정할 때) 크기.)
예:0.25kg 장난감 자동차가 오른쪽으로 작용하는 3-N 힘으로 바닥을 가로 질러 밀립니다. 2N 마찰력이이 움직임에 반대하는 작용을합니다. 중력은 0.25kg × 9.8m / s의 힘으로이 차에서 아래쪽으로 작용합니다.2= 2.45 N이고 수직 힘은 2.45 N과 함께 위쪽으로 작용합니다.(우리는 이것을 어떻게 압니까? 자동차가 바닥을 가로 질러 밀렸을 때 수직 방향의 움직임에 변화가 없기 때문에 수직 방향의 순 힘은 0이어야합니다.)이렇게하면 상쇄되지 않는 유일한 힘이 모두 한 방향을 따라 있기 때문에 모든 것이 1 차원 사례로 단순화됩니다. 자동차의 순 힘은 오른쪽으로 3N-2N = 1N입니다.
사례 3: 모든 힘이 선에 국한되지 않고 수직 축에 있지 않습니다.
가속도가 어떤 방향으로 향할지 안다면 그 방향이 양의 x 축 또는 양의 y 축에있는 좌표계를 선택합니다. 거기에서 각 힘 벡터를 x 및 y 구성 요소로 나눕니다. 한 방향의 움직임은 일정하므로 해당 방향의 힘의 합은 0이어야합니다. 다른 방향의 힘은 순 힘에 유일한 기여자이며이 경우는 사례 2로 축소되었습니다.
가속도가 어떤 방향으로 향할지 모르는 경우 데카르트 좌표를 선택할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 하나 이상의 힘이있는 하나를 선택하는 것이 가장 편리합니다. 중심선. 각 힘 벡터를 x 및 y 구성 요소로 나눕니다. 순 힘을 결정하십시오엑스방향과 순 힘와이별도로 방향. 결과는 순 힘의 x 및 y 좌표를 제공합니다.
예:0.25kg의 자동차는 중력으로 인해 30도 경사로에서 마찰없이 굴러갑니다.
그림과 같이 경사로와 정렬 된 좌표계를 사용합니다. 자유 물체 다이어그램은 수직으로 작용하는 중력과 표면에 수직으로 작용하는 수직력으로 구성됩니다.
중력을 x 및 y 구성 요소로 분리해야합니다.
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
모션 이후와이방향은 일정합니다. 우리는와이방향은 0이어야합니다.
F_N-F_ {gy} = 0
(참고 :이 방정식을 사용하면 수직력의 크기를 결정할 수 있습니다.)
x 방향에서 유일한 힘은에프gx, 그 후:
F_ {net} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0.25 \ times9.8 \ times \ sin (30) = 1.23 \ text {N}
Net Force에서 가속도를 찾는 방법
순 힘 벡터를 결정한 후 물체의 가속도를 찾는 것은 뉴턴의 제 2 법칙을 간단하게 적용하는 것입니다.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ implies \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
0.25kg 자동차의 이전 예에서 경사로 아래로 굴러가는 순 힘은 1.23N이므로 가속은 다음과 같습니다.
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m} = \ frac {1.23} {0.25} = 4.92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {램프 아래로}