Denettokrafter vektorsummen av alle krefter som virker på en kropp. (Husk at en kraft er et trykk eller et trekk.) SI-enheten for kraft er newtonen (N), hvor 1 N = 1 kgm / s2.
\ bold {F_ {net}} = \ bold {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
Newtons første lov sier at et objekt som gjennomgår jevn bevegelse - det vil si at det er i ro eller beveger seg med konstant hastighet - vil fortsette å gjøre det med mindre det påvirkes av en ikke-netto kraft. Newtons andre lov forteller oss eksplisitt hvordan bevegelsen vil endres som et resultat av denne nettokraften:
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a}
Akselerasjonen - endring i hastighet over tid - er direkte proporsjonal med nettokraften. Legg også merke til at både akselerasjon og nettokraft er vektormengder som peker i samme retning.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
En nettokraft på null betyr IKKE nødvendigvis at objektet stoppes! En nettokraft på null betyr heller IKKE at det ikke er krefter som virker på et objekt, da det er mulig for flere krefter å handle på en slik måte at de avbryter hverandre.
Gratis kroppsdiagrammer
Det første trinnet i å finne nettokraft på ethvert objekt er å tegne enfrikroppsdiagram(FBD) som viser alle kreftene som virker på den gjenstanden. Dette gjøres ved å representere hver kraftvektor som en pil som stammer fra sentrum av objektet og peker i retningen kraften virker.
Anta for eksempel at en bok sitter på et bord. Kreftene som virker på den ville være tyngdekraften på boka, som virker nedover, og den normale kraften til bordet på boken, som virker oppover. Frikroppsdiagrammet til dette scenariet vil bestå av to piler med like lang opprinnelse fra midten av boken, den ene peker opp og den andre peker nedover.
Anta at den samme boken ble presset til høyre med en kraft på 5 N mens en 3-N friksjonskraft motarbeidet bevegelsen. Nå vil frikroppsdiagrammet inkludere en 5-N pil til høyre og en 3-N pil til venstre.
Anta til slutt at den samme boka var på skråning og gled nedover. I dette scenariet er de tre kreftene gravitasjonskraften på boka, som peker rett ned; den normale kraften på boka, som peker vinkelrett på overflaten; og friksjonskraften, som peker motsatt bevegelsesretningen.
Beregning av nettokraft
Når du har tegnet frikroppsdiagrammet, kan du bruke vektortilsetning for å finne nettokraften som virker på objektet. Vi vil vurdere tre tilfeller når vi utforsker denne ideen:
Sak 1: Alle krefter ligger på samme linje.
Hvis alle kreftene ligger på den samme linjen (peker kun mot venstre og høyre, eller bare opp og ned, for eksempel), er det å bestemme nettokraften som rettferdig som å legge til styrkene i positiv retning, og trekke fra styrkene i negativ retning retning. (Hvis to krefter er like og motsatte, som tilfellet er med boken som hviler på bordet, er nettokraften = 0)
Eksempel:Tenk på en 1 kg kule som faller på grunn av tyngdekraften, og opplever en luftmotstandskraft på 5 N. Det er en nedadgående kraft på den på grunn av tyngdekraften på 1 kg × 9,8 m / s2 = 9,8 N, og en oppadgående kraft på 5 N. Hvis vi bruker konvensjonen om at opp er positiv, er nettokraften 5 N - 9,8 N = -4,8 N, noe som indikerer en nettokraft på 4,8 N i nedadgående retning.
Tilfelle 2: Alle krefter ligger på vinkelrette akser og legger til 0 langs en akse.
I dette tilfellet, på grunn av krefter som legges til 0 i en retning, trenger vi bare å fokusere på den vinkelrette retningen når vi bestemmer nettokraften. (Selv om kunnskap om at kreftene i første retning legger til 0, noen ganger kan gi oss informasjon om krefter i vinkelrett retning, for eksempel når man bestemmer friksjonskrefter i form av normal kraft omfanget.)
Eksempel:En lekebil på 0,25 kg skyves over gulvet med en 3-N kraft som virker til høyre. En 2-N-friksjonskraft virker for å motsette seg denne bevegelsen. Merk at tyngdekraften også virker nedover på denne bilen med en kraft på 0,25 kg × 9,8 m / s2= 2,45 N, og en normal kraft virker oppover, også med 2,45 N.(Hvordan vet vi dette? Fordi det ikke er noen endring i bevegelse i vertikal retning når bilen skyves over gulvet, må nettokraften i vertikal retning være 0.)Dette gjør alt forenklet til det endimensjonale tilfellet, fordi de eneste kreftene som ikke avbrytes, er langs én retning. Nettokraften på bilen er da 3 N - 2 N = 1 N til høyre.
Tilfelle 3: Alle krefter er ikke begrenset til en linje og ligger ikke på vinkelrette akser.
Hvis vi vet hvilken retning akselerasjonen vil være i, vil vi velge et koordinatsystem der den retningen ligger på den positive x-aksen eller den positive y-aksen. Derfra bryter vi hver kraftvektor i x- og y-komponenter. Siden bevegelse i en retning er konstant, må summen av kreftene i den retningen være 0. Kreftene i den andre retningen er da de eneste bidragsyterne til nettokraften, og denne saken er redusert til Sak 2.
Hvis vi ikke vet hvilken retning akselerasjonen vil være i, kan vi velge hvilken som helst kartesisk koordinat systemet, selv om det vanligvis er mest praktisk å velge en der en eller flere av kreftene ligger på en akser. Bryt hver kraftvektor i x- og y-komponenter. Bestem nettokraften ixretning og nettokraft iyretning hver for seg. Resultatet gir x- og y-koordinatene til nettokraften.
Eksempel:En bil på 0,25 kg ruller uten friksjon nedover en 30 graders stigning på grunn av tyngdekraften.
Vi vil bruke et koordinatsystem justert med rampen som vist. Frikroppsdiagrammet består av tyngdekraften som virker rett ned og den normale kraften som virker vinkelrett på overflaten.
Vi må bryte gravitasjonskraften til x- og y-komponenter, som gir:
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
Siden bevegelse iyretning er konstant, vet vi at nettokraften iyretningen må være 0:
F_N - F_ {gy} = 0
(Merk: Denne ligningen lar oss bestemme størrelsen på den normale kraften.)
I x-retning er den eneste kraftenFgx, derav:
F_ {net} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0,25 \ times9,8 \ times \ sin (30) = 1,23 \ text {N}
Hvordan finne akselerasjon fra Net Force
Når du har bestemt nettovirkningsvektoren din, er det å finne akselerasjonen til et objekt en enkel anvendelse av Newtons andre lov.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ innebærer \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
I forrige eksempel på 0,25 kg bil som rullet nedover rampen, var nettokraften 1,23 N nedover rampen, så akselerasjonen ville være:
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m} = \ frac {1.23} {0.25} = 4.92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {ned rampen}