A primeira equação ensinada em dinâmica é F = ma que é "força igual a massa vezes aceleração." Esta equação descreve a força que deve ser exercida sobre um objeto de peso ou massa conhecidos à medida que é acelerado ou desacelerado. Se uma bicicleta de corrida com um ciclista viajando a 20 milhas por hora precisar parar dentro de uma certa distância, você pode calcular quanta força será aplicada ao freio da pinça no aro da roda traseira. Você também pode provar que dobrar a velocidade quadruplica (ao quadrado) a força necessária para parar.
Defina a velocidade de aplicação da força. Neste exemplo, a bicicleta com seu ciclista pesa 210 libras. O piloto nota uma linha de parada branca que está 30 pés à sua frente quando ele puxa o freio. Como você já conhece a velocidade, agora tem informações suficientes para calcular a força de frenagem necessária.
Resolva o tempo T, que permitirá calcular a aceleração ou, neste caso, a desaceleração. A velocidade média acima de 30 pés é de 20 mph dividido por dois, ou 10 mph, que é 14,66 pés por segundo. Se os 30 pés forem percorridos a uma velocidade média de 14,66 pés por segundo, demorará 2,045 segundos para parar.
Resolva a aceleração usando 2,045 segundos para cobrir 30 pés. Uma vez que o cálculo da distância é D = v (0) x T +1/2 (a) T ^ 2, o primeiro termo pode ser ignorado, uma vez que toda a distância percorrida é contabilizada pela desaceleração para zero. Portanto, 30 pés é igual a ½ a xT ^ 2, que é 30 = ½ a x 2,045 ^ 2 ou 30 = 1/2 a x 4,18. Reorganizando, a = 30 x 2 / 4,18 = 14,35 pés por segundo / s.
Resolva a força usando a equação básica F = ma. Força F = 210 x 14,35 pés por segundo / seg / 32,2 pés por segundo / seg (aceleração da gravidade) ou 93,58 libras de força aplicada consistentemente pelo freio ao aro por 2.045 segundos para parar a bicicleta. Isso provavelmente está no limite prático da capacidade de parada desta bicicleta.
Prove que dobrar a velocidade quadruplica a força necessária. Uma velocidade de 40 milhas por hora resultaria em um tempo de parada de 1,023 segundos, metade de 2,045 segundos na primeira instância. O termo D = ½ x a x T ^ 2 funcionaria para uma aceleração de a = 30 x 2 / 1,046, ou 57,36 pés por segundo / s. F = ma, portanto, resultaria em F = 374,08 libras, muito pouco razoável para um freio de pinça em um pneu de corrida estreito. Este piloto tolo nunca pararia de 40 mph na distância de 30 pés, e eles iriam passar direto pelo sinal de pare.