Forța netă: definiție, ecuație, cum se calculează

forta netaeste suma vectorială a tuturor forțelor care acționează asupra unui corp. (Amintiți-vă că o forță este o împingere sau o tracțiune.) Unitatea SI pentru forță este newtonul (N), unde 1 N = 1 kgm / s².

Prima lege a lui Newton afirmă că un obiect care suferă o mișcare uniformă - adică se află în repaus sau se deplasează cu viteză constantă - va continua să facă acest lucru, cu excepția cazului în care este acționat de o forță netă diferită de zero. A doua lege a lui Newton ne spune în mod explicit cum se va schimba mișcarea ca urmare a acestei forțe nete:

Accelerația - schimbarea vitezei în timp - este direct proporțională cu forța netă. Rețineți, de asemenea, că atât accelerația, cât și forța netă sunt mărimi vectoriale care indică în aceeași direcție.

TL; DR (Prea lung; Nu am citit)

O forță netă de zero NU înseamnă neapărat că obiectul este oprit! O forță netă de zero NU înseamnă, de asemenea, că nu există forțe care acționează asupra unui obiect, deoarece este posibil ca mai multe forțe să acționeze într-un mod care să se anuleze reciproc.

Primul pas în găsirea forței nete asupra oricărui obiect este să tragi unschema corpului liber(FBD) care arată toate forțele care acționează asupra acelui obiect. Acest lucru se realizează prin reprezentarea fiecărui vector de forță ca o săgeată provenind din centrul obiectului și arătând în direcția în care acționează forța.

De exemplu, să presupunem că o carte stă pe o masă. Forțele care acționează asupra ei ar fi forța gravitației asupra cărții, care acționează în jos, și forța normală a mesei asupra cărții, care acționează în sus. Diagrama corpului liber al acestui scenariu ar consta din două săgeți de lungime egală provenind din centrul cărții, una îndreptată în sus și cealaltă îndreptată în jos.

Să presupunem că aceeași carte a fost împinsă spre dreapta cu o forță de 5 N în timp ce o forță de frecare 3-N s-a opus mișcării. Acum, diagrama corpului liber ar include o săgeată 5-N în dreapta și o săgeată 3-N în stânga.

În cele din urmă, să presupunem că aceeași carte a fost înclinată, alunecând în jos. În acest scenariu, cele trei forțe sunt forța gravitațională de pe carte, care arată direct în jos; forța normală pe carte, care indică perpendicular pe suprafață; și forța de frecare, care indică opus direcției de mișcare.

Odată ce ați desenat diagrama corpului liber, puteți utiliza adăugarea vectorială pentru a găsi forța netă care acționează asupra obiectului. Vom lua în considerare trei cazuri în timp ce explorăm această idee:

​Cazul 1: Toate forțele se află pe aceeași linie.​

Dacă toate forțele se află pe aceeași linie (îndreptându-se doar spre stânga și spre dreapta sau doar în sus și în jos, de exemplu), determinarea forței nete este la fel direct ca adăugarea magnitudinilor forțelor în direcția pozitivă și scăderea magnitudinilor forțelor în negativ direcţie. (Dacă două forțe sunt egale și opuse, așa cum este cazul cărții care se așază pe masă, forța netă = 0)

​Exemplu:Luați în considerare o minge de 1 kg care cade din cauza gravitației, experimentând o forță de rezistență la aer de 5 N. Există o forță descendentă asupra acestuia datorită greutății de 1 kg × 9,8 m / s² = 9,8 N și o forță ascendentă de 5 N. Dacă folosim convenția că sus este pozitiv, atunci forța netă este 5 N - 9,8 N = -4,8 N, indicând o forță netă de 4,8 N în direcția descendentă.

​Cazul 2: Toate forțele se află pe axe perpendiculare și se adaugă la 0 de-a lungul unei axe.​

În acest caz, datorită forțelor care se adaugă la 0 într-o direcție, trebuie să ne concentrăm doar pe direcția perpendiculară atunci când determinăm forța netă. (Deși cunoașterea faptului că forțele din prima direcție se adaugă la 0 ne pot da uneori informații despre forțele în direcția perpendiculară, cum ar fi atunci când se determină forțele de frecare în termeni de forță normală magnitudine.)

​Exemplu:O mașină de jucărie de 0,25 kg este împinsă pe podea cu o forță 3-N acționând spre dreapta. O forță de frecare 2-N acționează pentru a se opune acestei mișcări. Rețineți că gravitația acționează și în jos pe această mașină cu o forță de 0,25 kg × 9,8 m / s²= 2,45 N, iar o forță normală acționează în sus, tot cu 2,45 N.(De unde știm asta? Deoarece nu există nicio schimbare de mișcare în direcția verticală, deoarece mașina este împinsă pe podea, prin urmare forța netă în direcția verticală trebuie să fie 0).Acest lucru simplifică totul pentru cazul unidimensional, deoarece singurele forțe care nu se anulează sunt de-a lungul unei singure direcții. Forța netă asupra mașinii este apoi de 3 N - 2 N = 1 N la dreapta.

​Cazul 3: Toate forțele nu sunt limitate la o linie și nu se află pe axe perpendiculare.​

Dacă știm în ce direcție va fi accelerația, vom alege un sistem de coordonate în care direcția se află pe axa x pozitivă sau pe axa y pozitivă. De acolo, împărțim fiecare vector de forță în componente x și y. Deoarece mișcarea într-o direcție este constantă, suma forțelor în acea direcție trebuie să fie 0. Forțele din cealaltă direcție sunt atunci singurii care contribuie la forța netă și acest caz s-a redus la Cazul 2.

Dacă nu știm în ce direcție va fi accelerația, putem alege orice coordonată carteziană sistem, deși este de obicei cel mai convenabil să alegeți unul în care una sau mai multe dintre forțe se află pe un axă. Rupeți fiecare vector de forță în componente x și y. Determinați forța netă înXdirecția și forța netă înydirecție separat. Rezultatul dă coordonatele x și y ale forței nete.

​Exemplu:O mașină de 0,25 kg rulează fără frecare pe o pantă de 30 de grade datorită gravitației.

Vom folosi un sistem de coordonate aliniat cu rampa așa cum se arată. Diagrama corpului liber constă din gravitația care acționează drept în jos și forța normală care acționează perpendicular pe suprafață.

Trebuie să rupem forța gravitațională în componente x și y, ceea ce dă:

De la mișcare înydirecția este constantă, știm că forța netă înydirecția trebuie să fie 0:

​(Notă: Această ecuație ne permite să determinăm magnitudinea forței normale.)​

În direcția x, singura forță esteF_gx, prin urmare:

Odată ce v-ați determinat vectorul de forță netă, găsirea accelerației unui obiect este o simplă aplicație a celei de-a doua legi a lui Newton.

În exemplul anterior al mașinii de 0,25 kg care se rostogolea pe rampă, forța netă era de 1,23 N pe rampă, deci accelerația ar fi: