Как рассчитать величину силы в физике

Расчет величин сил - важная часть физики. Когда вы работаете в одном измерении, вам не нужно учитывать величину силы. Расчет величины является более сложной задачей в двух или более измерениях, потому что сила будет иметь «компоненты» по обоим направлениям.Икс-и оси Y и, возможно, оси Z, если это трехмерная сила. Научиться делать это с помощью одной силы и результирующей силы двух или более отдельных сил. это важный навык для любого начинающего физика или любого, кто работает над проблемами классической физики. школа.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Найдите равнодействующую силу из двух векторов, сначала добавивИкс-компоненты иу-компоненты, чтобы найти результирующий вектор, а затем использовать ту же формулу для его величины.

Первый шаг к пониманию того, что значит вычислить величину силы в физике, - это узнать, что такое вектор. «Скаляр» - это простая величина, которая просто имеет значение, например температуру или скорость. Когда вы читаете температуру 50 градусов по Фаренгейту, он сообщает вам все, что вам нужно знать о температуре объекта. Если вы читаете, что что-то движется со скоростью 10 миль в час, эта скорость говорит вам все, что вам нужно знать о том, как быстро оно движется.

Вектор отличается, потому что у него есть направление, а также величина. Если вы посмотрите прогноз погоды, вы узнаете, с какой скоростью дует ветер и в каком направлении. Это вектор, потому что он дает вам дополнительную информацию. Скорость - это векторный эквивалент скорости, в котором вы узнаете направление движения, а также его скорость. Итак, если что-то движется со скоростью 10 миль в час на северо-восток, скорость (10 миль в час) - это величина, северо-восток - направление, и обе части вместе составляют вектор скорости.

Во многих случаях векторы разбиваются на «компоненты». Скорость может быть выражена как комбинация скорости в северном направлении и скорости в восточном направлении. направление, чтобы результирующее движение было на северо-восток, но вам нужны оба бита информации, чтобы определить, насколько быстро он движется и где он идущий. В задачах физики восток и север обычно заменяются наИкса такжеукоординаты соответственно.

Чтобы вычислить величину векторов силы, вы используете компоненты вместе с теоремой Пифагора. Подумайте оИкскоордината силы как основания треугольника,усоставляющая как высота треугольника, а гипотенуза как равнодействующая сила от обоих компонентов. Угол, который гипотенуза образует с основанием при удлинении звена, является направлением силы.

Если сила толкает 4 Ньютона (Н) в направлении x и 3 Н в направлении Y, теорема Пифагора и объяснение треугольника показывают, что вам нужно делать при вычислении величины. С использованиемИксдляИкс-координат,удляу-координат иFдля величины силы это может быть выражено как:

Проще говоря, результирующая сила - это квадратный корень изИкс​² плюсу​². Используя приведенный выше пример:

Итак, 5 Н - величина силы.

Обратите внимание, что для трехкомпонентных сил вы добавляетеzкомпонент по той же формуле. Так:

Направление силы не является предметом внимания в этом вопросе, но его легко вычислить, основываясь на треугольнике компонентов и результирующей силе из последнего раздела. Определить направление можно с помощью тригонометрии. Идентификационные данные, наиболее подходящие для решения большинства проблем:

Здесьθ​ стоит за угол между вектором иИкс-ось. Это означает, что вы можете использовать компоненты силы, чтобы отработать это. Вы можете использовать величину и определение cos или sin, если хотите. Направление задают:

Используя тот же пример, что и выше:

Таким образом, вектор составляет около 37 градусов с осью x.

Если у вас есть две или более сил, рассчитайте величину результирующей силы, сначала найдя результирующий вектор, а затем применив тот же подход, что и выше. Единственный дополнительный навык, который вам понадобится, - это найти результирующий вектор, и это довольно просто. Хитрость в том, что вы добавляете соответствующийИкса такжеукомпоненты вместе. Использование примера должно прояснить это.

Представьте себе парусник на воде, движущийся вместе с силой ветра и течения воды. Вода передает силу 4 Н в направлении x и 1 Н в направлении y, а ветер добавляет силу 5 Н в направлении x и 3 Н в направлении y. Результирующий вектор - этоИкскомпоненты сложены вместе (4 + 5 = 9 N) иукомпоненты сложены вместе (3 + 1 = 4 N). Таким образом, вы получите 9 N в направлении x и 4 N в направлении y. Найдите величину равнодействующей силы, используя тот же подход, что и выше: