Prima ecuație predată în dinamică este F = ma care este „forța este egală cu masa de accelerare”. Această ecuație descrie forța care trebuie exercitată asupra unui obiect de greutate sau masă cunoscută pe măsură ce este accelerat sau decelerat. Dacă o bicicletă de curse cu un călăreț care călătorește cu 20 de mile pe oră trebuie să se oprească la o anumită distanță, puteți calcula cât de multă forță se va aplica frânei etrierului de pe janta roții din spate. De asemenea, puteți demonstra că viteza de dublare cvadruplează (pătratele) forța necesară pentru oprire.
Definiți viteza de aplicare a forței. În acest exemplu, bicicleta cu călărețul său cântărește 210 kilograme. Călărețul notează o linie albă de oprire care este la 30 de picioare în fața lui când acționează frâna. Deoarece știți deja viteza, aveți acum suficiente informații pentru a calcula forța de frânare necesară.
Rezolvați timpul T, care vă va permite să calculați accelerația sau, în acest caz, decelerarea. Viteza medie pe cele 30 de picioare este de 20 mph împărțită la două sau 10 mph, adică 14,66 picioare pe secundă. Dacă cele 30 de picioare sunt acoperite la o viteză medie de 14,66 picioare pe secundă, atunci durează 2,045 secunde până la oprire.
Rezolvați pentru accelerație folosind cele 2.045 secunde pentru a acoperi 30 de picioare. Deoarece calculul distanței este D = v (0) x T +1/2 (a) T ^ 2, primul termen poate fi ignorat, deoarece toată distanța parcursă este reprezentată de decelerarea la zero. Prin urmare, 30 de picioare este egal cu ½ a xT ^ 2, care este 30 = ½ a x 2.045 ^ 2 sau 30 = 1/2 a x 4.18. Reorganizare, a = 30 x 2 / 4,18 = 14,35 picioare pe secundă / sec.
Rezolvați forța folosind ecuația de bază F = ma. Forța F = 210 x 14,35 picioare pe secundă / sec / 32,2 picioare pe secundă / sec (accelerația gravitației) sau 93,58 kilograme de forță aplicate în mod constant de frână pe jantă timp de 2,045 secunde pentru a opri bicicleta. Acest lucru este probabil chiar la limita practică a capacității acestei biciclete de a opri.
Dovediți că dublarea vitezei cvadruplează forța necesară. O viteză de 40 mile pe oră ar duce la un timp de oprire de 1,023 secunde, jumătate de 2,045 secunde în primă instanță. Termenul D = ½ x a x T ^ 2 ar funcționa la o accelerație de a = 30 x 2 / 1.046 sau 57,36 picioare pe secundă / sec. Prin urmare, F = ma ar ajunge la F = 374,08 lire sterline, foarte nerezonabil pentru o frână cu etrier pe o anvelopă slabă de curse. Acest călăreț prost nu s-ar opri niciodată de la 40 mph la distanță de 30 de picioare și ar urma să treacă chiar dincolo de semnul de oprire.