Denetto krachtis de vectorsom van alle krachten die op een lichaam werken. (Bedenk dat een kracht een duw of een trek is.) De SI-eenheid voor kracht is de newton (N), waarbij 1 N = 1 kgm/s2.
\bold{F_{net}} = \bold{F_1 + F_2 + F_3 + ...}
De eerste wet van Newton stelt dat een object dat een eenparige beweging ondergaat - wat betekent dat het in rust is of met constante snelheid beweegt - dit zal blijven doen tenzij erop wordt ingewerkt door een nettokracht die niet nul is. De tweede wet van Newton vertelt ons expliciet hoe de beweging zal veranderen als gevolg van deze nettokracht:
\bold{F_{net}} = m\bold{a}
De versnelling - verandering in snelheid in de tijd - is recht evenredig met de netto kracht. Merk ook op dat zowel versnelling als nettokracht vectorgrootheden zijn die in dezelfde richting wijzen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Een netto kracht van nul betekent NIET noodzakelijk dat het object is gestopt! Een nettokracht van nul betekent ook NIET dat er geen krachten op een object werken, omdat het mogelijk is dat meerdere krachten zodanig werken dat ze elkaar opheffen.
Vrijlichaamsdiagrammen
De eerste stap bij het vinden van de nettokracht op een object is het tekenen van avrijlichaamsdiagram(FBD) die alle krachten toont die op dat object inwerken. Dit wordt gedaan door elke krachtvector weer te geven als een pijl die uit het midden van het object komt en in de richting wijst waarin de kracht werkt.
Stel bijvoorbeeld dat er een boek op een tafel ligt. De krachten die erop werken, zijn de zwaartekracht op het boek, die naar beneden werkt, en de normaalkracht van de tafel op het boek, die naar boven werkt. Het vrijlichaamsdiagram van dit scenario zou bestaan uit twee pijlen van gelijke lengte die uit het midden van het boek komen, de ene naar boven en de andere naar beneden.
Stel dat hetzelfde boek met een kracht van 5 N naar rechts wordt geduwd terwijl een wrijvingskracht van 3 N de beweging tegenwerkt. Nu zou het vrijlichaamsdiagram een 5-N-pijl naar rechts en een 3-N-pijl naar links bevatten.
Stel ten slotte dat hetzelfde boek op een helling stond en naar beneden gleed. In dit scenario zijn de drie krachten de zwaartekracht op het boek, die recht naar beneden wijst; de normaalkracht op het boek, die loodrecht op het oppervlak wijst; en de wrijvingskracht, die tegen de bewegingsrichting wijst.
Nettokracht berekenen
Nadat u het vrijlichaamsdiagram hebt getekend, kunt u vectoroptelling gebruiken om de nettokracht te vinden die op het object inwerkt. We zullen drie gevallen beschouwen terwijl we dit idee onderzoeken:
Geval 1: Alle krachten liggen op dezelfde lijn.
Als alle krachten op dezelfde lijn liggen (bijvoorbeeld alleen naar links en rechts wijzend, of alleen naar boven en beneden), is het bepalen van de nettokracht als eenvoudig als het optellen van de grootheden van de krachten in de positieve richting, en het aftrekken van de grootheden van de krachten in de negatieve richting. (Als twee krachten gelijk en tegengesteld zijn, zoals het geval is met het boek dat op tafel ligt, is de netto kracht = 0)
Voorbeeld:Overweeg een bal van 1 kg die valt door de zwaartekracht en een luchtweerstandskracht van 5 N ervaart. Er staat een neerwaartse kracht op door de zwaartekracht van 1 kg × 9,8 m/s2 = 9,8 N, en een opwaartse kracht van 5 N. Als we de conventie gebruiken dat omhoog positief is, dan is de netto kracht 5 N - 9,8 N = -4,8 N, wat wijst op een netto kracht van 4,8 N in neerwaartse richting.
Geval 2: Alle krachten liggen op loodrechte assen en worden opgeteld bij 0 langs één as.
In dit geval, vanwege krachten die in één richting optellen tot 0, hoeven we ons alleen te concentreren op de loodrechte richting bij het bepalen van de netto kracht. (Hoewel de kennis dat de krachten in de eerste richting optellen bij 0, ons soms informatie kan geven over de krachten in de loodrechte richting, zoals bij het bepalen van wrijvingskrachten in termen van de normaalkracht omvang.)
Voorbeeld:Een speelgoedauto van 0,25 kg wordt over de vloer geduwd met een kracht van 3 N naar rechts. Een wrijvingskracht van 2 N werkt deze beweging tegen. Merk op dat de zwaartekracht ook naar beneden werkt op deze auto met een kracht van 0,25 kg × 9,8 m/s2= 2,45 N, en een normaalkracht werkt naar boven, ook met 2,45 N.(Hoe weten we dit? Omdat er geen bewegingsverandering in verticale richting is wanneer de auto over de vloer wordt geduwd, moet de netto kracht in verticale richting dus 0 zijn.)Dit maakt alles eenvoudiger tot het eendimensionale geval, omdat de enige krachten die niet opheffen zich allemaal in één richting bevinden. De netto kracht op de auto is dan 3 N - 2 N = 1 N naar rechts.
Geval 3: Alle krachten zijn niet beperkt tot een lijn en liggen niet op loodrechte assen.
Als we weten in welke richting de versnelling zal zijn, kiezen we een coördinatensysteem waarbij die richting op de positieve x-as of de positieve y-as ligt. Van daaruit breken we elke krachtvector in x- en y-componenten. Omdat beweging in één richting constant is, moet de som van de krachten in die richting 0 zijn. De krachten in de andere richting zijn dan de enige die bijdragen aan de nettokracht en dit geval is teruggebracht tot Geval 2.
Als we niet weten in welke richting de versnelling zal zijn, kunnen we elke cartesiaanse coördinaat kiezen choose systeem, hoewel het meestal het handigst is om er een te kiezen waarin een of meer van de krachten op een as. Breek elke krachtvector in x- en y-componenten. Bepaal de netto kracht in deXrichting en de netto kracht in dejarichting apart. Het resultaat geeft de x- en y-coördinaten van de nettokracht.
Voorbeeld:Door de zwaartekracht rolt een auto van 0,25 kg wrijvingsloos een helling van 30 graden af.
We zullen een coördinatensysteem gebruiken dat is uitgelijnd met de helling, zoals weergegeven. Het vrijlichaamsdiagram bestaat uit de zwaartekracht die recht naar beneden werkt en de normaalkracht die loodrecht op het oppervlak werkt.
We moeten de zwaartekracht opsplitsen in x- en y-componenten, wat geeft:
F_{gx} = F_g\sin(\theta)\\ F_{gy} = F_g\cos(\theta)
Sinds beweging in dejarichting constant is, weten we dat de netto kracht in dejarichting moet 0 zijn:
F_N - F_{gy} = 0
(Opmerking: met deze vergelijking kunnen we de grootte van de normaalkracht bepalen.)
In de x-richting is de enige krachtFgx, Vandaar:
F_{net} = F_{gx} = F_g\sin(\theta) = mg\sin(\theta) = 0.25\times9.8\times\sin (30) = 1.23 \text{ N}
Versnelling vinden vanuit Net Force
Als je eenmaal je nettokrachtvector hebt bepaald, is het vinden van de versnelling van een object een eenvoudige toepassing van de tweede wet van Newton.
\bold{F_{net}} = m\bold{a}\implies\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m}
In het vorige voorbeeld van de auto van 0,25 kg die van de oprit rolde, was de nettokracht 1,23 N op de oprit, dus de versnelling zou zijn:
\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m} = \frac{1.23}{0.25} = 4.92\text{ m/s}^2\text{ de oprit af}