Cum se calculează forța de contact

Forța, ca concept de fizică, este descrisă de a doua lege a lui Newton, care afirmă că accelerarea rezultă atunci când o forță acționează asupra unei mase. Matematic, aceasta înseamnă:

F = ma

deși este important să rețineți că accelerația și forța sunt mărimi vectoriale (adică au ambele a magnitudine și o direcție în spațiul tridimensional), în timp ce masa este o mărime scalară (adică are o magnitudine numai). În unități standard, forța are unități de Newtoni (N), masa în măsurată în kilograme (kg), iar accelerația este măsurată în metri pe secundă pătrat (m / s2).

Unele forțe sunt forțe fără contact, ceea ce înseamnă că acționează fără ca obiectele care le experimentează să fie în contact direct unul cu celălalt. Aceste forțe includ gravitația, forța electromagnetică și forțele internucleare. Forțele de contact, pe de altă parte, necesită ca obiectele să se atingă, fie pentru o simplă clipă (cum ar fi o minge care lovește și sări de pe un perete) sau pe o perioadă îndelungată (cum ar fi o persoană care rulează o anvelopă a deal).

În majoritatea contextelor, forța de contact exercitată asupra unui obiect în mișcare este suma vectorială a forțelor normale și de frecare. Forța de frecare acționează exact opus direcțiilor de mișcare, în timp ce forța normală acționează perpendicular pe această direcție dacă obiectul se mișcă orizontal în raport cu gravitația.

Pasul 1: Determinați forța de frecare

Această forță este egală cucoeficient de frecareμ între obiect și suprafață înmulțit cu greutatea obiectului, care este masa sa înmulțită cu gravitația. Prin urmare:

F_f = \ mu mg

Găsiți valoarea μ căutând-o într-o diagramă online, cum ar fi cea de la Engineer's Edge.Notă:Uneori va trebui să utilizați coeficientul de frecare cinetică și alteori va trebui să cunoașteți coeficientul de frecare static.

Să presupunem pentru această problemă că Ff = 5 Newtoni.

Pasul 2: Determinați forța normală

Această forță, FN, este pur și simplu masa obiectului de ori accelerația datorată gravitației ori sinusul unghiului dintre direcția de mișcare și vectorul de gravitație vertical g, care are o valoare de 9,8 m / s2. Pentru această problemă, presupuneți că obiectul se mișcă orizontal, astfel încât unghiul dintre direcția mișcării și gravitația este de 90 de grade, care are un sinus de 1. Astfel FN = mg pentru scopurile actuale. Dacă obiectul ar aluneca pe o rampă orientată la 30 de grade spre orizontală, forța normală ar fi:

F_N = mg \ times \ sin {(90-30)} = mg \ times \ sin {60} = mg \ times 0,866

Pentru această problemă, totuși, presupuneți o masă de 10 kg. FN este deci 98 Newtoni.

Pasul 3: Aplicați teorema lui Pitagora pentru a determina magnitudinea forței globale de contact

Dacă vă imaginați forța normală FN acționând în jos și forța de frecare Ff acționând orizontal, suma vectorială este ipotenuza, completează un triunghi dreptunghi care unește acești vectori de forță. Magnitudinea sa este astfel:

\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}

care pentru această problemă este

\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ text {N}

  • Acțiune
instagram viewer