Theneto spēksir visu ķermeni iedarbojošo spēku vektoru summa. (Atgādinām, ka spēks ir grūdiens vai vilkšana.) SI spēka mērvienība ir ņūtons (N), kur 1 N = 1 kgm / s2.
\ bold {F_ {net}} = \ bold {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
Ņūtona pirmais likums nosaka, ka objekts, kas piedzīvo vienmērīgu kustību - tas nozīmē, ka tas ir miera stāvoklī vai pārvietojas ar nemainīgu ātrumu - turpinās to darīt, ja vien uz to nerīkosies nulles tīkla spēks. Ņūtona otrais likums mums skaidri pasaka, kā kustība mainīsies šī tīrā spēka rezultātā:
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a}
Paātrinājums - ātruma izmaiņas laika gaitā - ir tieši proporcionāls lietderīgajam spēkam. Ņemiet vērā arī to, ka gan paātrinājums, gan tīrais spēks ir vektoru lielumi, kas norāda vienā virzienā.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Nulles neto spēks nenozīmē, ka objekts ir apturēts! Nulles neto spēks arī NENOŅEM, ka uz objektu nedarbojas spēki, jo vairākiem spēkiem ir iespējams rīkoties tā, lai tie viens otru atceltu.
Brīvā ķermeņa diagrammas
Pirmais solis, lai atrastu jebkura objekta neto spēku, ir uzzīmēt a
brīvā ķermeņa diagramma(FBD), parādot visus spēkus, kas iedarbojas uz šo objektu. Tas tiek darīts, attēlojot katru spēka vektoru kā bultiņu, kas sākas no objekta centra un norāda virzienā, kurā spēks darbojas.Piemēram, pieņemsim, ka grāmata sēž uz galda. Spēki, kas uz to iedarbojas, būtu gravitācijas spēks uz grāmatu, kas iedarbojas uz leju, un parastais galda spēks uz grāmatu, darbojoties uz augšu. Šī scenārija brīvā ķermeņa diagramma sastāvētu no divām vienāda garuma bultiņām, kas sākas no grāmatas centra - viena ir vērsta uz augšu, bet otra - uz leju.
Pieņemsim, ka tā pati grāmata tika virzīta pa labi ar 5 N spēku, kamēr 3 N berzes spēks bija pret kustību. Tagad brīvā ķermeņa diagrammā būtu 5 N bulta pa labi un 3 N bulta pa kreisi.
Visbeidzot, pieņemsim, ka tā pati grāmata bija slīpumā un slīdēja uz leju. Šajā scenārijā trīs spēki ir grāmatas gravitācijas spēks, kas vērsts tieši uz leju; parastais grāmatas spēks, kas vērsts perpendikulāri virsmai; un berzes spēks, kas norāda pretēji kustības virzienam.
Neto spēka aprēķināšana
Kad esat uzzīmējis brīvā ķermeņa diagrammu, varat izmantot vektora papildinājumu, lai atrastu tīro spēku, kas iedarbojas uz objektu. Izpētot šo ideju, mēs apsvērsim trīs gadījumus:
1. gadījums: visi spēki atrodas vienā līnijā.
Ja visi spēki atrodas vienā un tajā pašā līnijā (piemēram, vērsti tikai pa kreisi un pa labi vai tikai uz augšu un uz leju, piemēram, tīrais spēks) vienkāršu, pieskaitot spēku lielumus pozitīvajā virzienā un atņemot spēku lielumus negatīvajā virzienā virzienu. (Ja divi spēki ir vienādi un pretēji, kā tas ir gadījumā, ja grāmata balstās uz galda, tīrais spēks = 0)
Piemērs:Apsveriet 1 kg smagu lodi, kas krīt smaguma dēļ, piedzīvojot 5 N gaisa pretestības spēku. 1 kg × 9,8 m / s smaguma dēļ uz to ir vērsts spēks uz leju2 = 9,8 N, un augšupejošs spēks ir 5 N. Ja mēs izmantojam konvenciju, ka augšup ir pozitīvs, tad tīrais spēks ir 5 N - 9,8 N = -4,8 N, norādot tīro spēku 4,8 N virzienā uz leju.
2. gadījums: visi spēki gulstas uz perpendikulārām asīm un palielina vērtību 0 pa vienu asi.
Šajā gadījumā, pateicoties spēkiem, kas vienā virzienā pievienoti 0, mums, nosakot tīro spēku, jākoncentrējas tikai uz perpendikulāro virzienu. (Kaut arī zināšanas, kuras pirmajā virzienā esošie spēki papildina ar 0, dažkārt mums var sniegt informāciju par spēki perpendikulārā virzienā, piemēram, nosakot berzes spēkus normālā spēka izteiksmē lielums.)
Piemērs:0,25 kg smags rotaļu automobilis tiek virzīts pāri grīdai ar 3 N spēku, kas darbojas pa labi. Lai pretotos šai kustībai, darbojas 2 N berzes spēks. Ņemiet vērā, ka gravitācija uz šo automašīnu iedarbojas arī uz leju ar spēku 0,25 kg × 9,8 m / s2= 2,45 N, un normāls spēks darbojas uz augšu, arī ar 2,45 N.(Kā mēs to zinām? Tā kā kustība vertikālā virzienā nemainās, automašīnai virzoties pāri grīdai, līdz ar to tīrajam spēkam vertikālajā virzienā jābūt 0.)Tas visu vienkāršo līdz viendimensiju gadījumam, jo vienīgie spēki, kas neatceļas, ir vienā virzienā. Tad neto spēks uz automašīnu ir 3 N - 2 N = 1 N pa labi.
3. gadījums: visi spēki neaprobežojas tikai ar līniju un neatrodas uz perpendikulārām asīm.
Ja mēs zinām, kādā virzienā paātrinājums būs, mēs izvēlēsimies koordinātu sistēmu, kur šis virziens atrodas uz pozitīvās x ass vai pozitīvās y ass. No turienes mēs katru spēka vektoru sadalām x- un y-komponentos. Tā kā kustība vienā virzienā ir nemainīga, spēku summai šajā virzienā jābūt 0. Tādā gadījumā spēki otrā virzienā ir vienīgie faktiskā spēka veicinātāji, un šis gadījums ir samazinājies līdz 2. gadījumam.
Ja mēs nezinām, kādā virzienā būs paātrinājums, mēs varam izvēlēties jebkuru Dekarta koordinātu kaut arī parasti ir visērtāk izvēlēties tādu, kurā viens vai vairāki spēki gulstas uz ass. Sadaliet katru spēka vektoru x- un y-komponentos. Nosakiet neto spēkuxvirziens un tīrais spēksyvirzienu atsevišķi. Rezultāts dod tīrā spēka x- un y-koordinātas.
Piemērs:0,25 kg smags automobilis gravitācijas dēļ ripo bez berzes pa 30 grādu slīpumu.
Mēs izmantosim koordinātu sistēmu, kas saskaņota ar rampu, kā parādīts. Brīvā ķermeņa diagramma sastāv no gravitācijas, kas darbojas tieši uz leju, un parastā spēka, kas darbojas perpendikulāri virsmai.
Mums ir jāsadala gravitācijas spēks uz x- un y-komponentiem, kas dod:
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
Kopš kustībasyvirziens ir nemainīgs, mēs zinām, ka neto spēksyvirzienam jābūt 0:
F_N - F_ {gy} = 0
(Piezīme: Šis vienādojums ļauj mums noteikt normālā spēka lielumu.)
X virzienā vienīgais spēks irFgxlīdz ar to:
F_ {net} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0,25 reizes9,8 reizes \ sin (30) = 1,23 \ teksts {N}
Kā atrast paātrinājumu no neto spēka
Kad esat noteicis savu neto spēka vektoru, objekta paātrinājuma atrašana ir vienkāršs Ņūtona otrā likuma pielietojums.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ nozīmē \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
Iepriekšējā piemērā, kad 0,25 kg smagā automašīna ripoja pa rampu, lietderīgais spēks bija 1,23 N pa rampu, tāpēc paātrinājums būtu:
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m} = \ frac {1.23} {0.25} = 4.92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {lejup pa uzbrauktuvi}