Сила, как физическая концепция, описывается вторым законом Ньютона, который гласит, что ускорение возникает, когда сила действует на массу. Математически это означает:
F = ma
хотя важно отметить, что ускорение и сила являются векторными величинами (т.е. величина и направление в трехмерном пространстве), тогда как масса является скалярной величиной (т. е. имеет величину Только). В стандартных единицах сила измеряется в ньютонах (Н), масса измеряется в килограммах (кг), а ускорение измеряется в метрах в секунду в квадрате (м / с.2).
Некоторые силы являются бесконтактными, что означает, что они действуют без прямого контакта друг с другом испытывающих их объектов. Эти силы включают гравитацию, электромагнитную силу и межъядерные силы. С другой стороны, контактные силы требуют, чтобы объекты соприкасались друг с другом, пусть даже на мгновение (например, мяч ударяется и отскакивает от стены) или в течение длительного периода времени (например, человек катит шину по холм).
В большинстве случаев контактная сила, действующая на движущийся объект, представляет собой векторную сумму нормальных сил и сил трения. Сила трения действует точно противоположно направлениям движения, тогда как нормальная сила действует перпендикулярно этому направлению, если объект движется горизонтально относительно силы тяжести.
Шаг 1: Определите силу трения
Эта сила равнакоэффициент тренияμ между объектом и поверхностью, умноженное на вес объекта, который является его массой, умноженной на силу тяжести. Таким образом:
F_f = \ мкг мг
Найдите значение μ, просмотрев его в онлайн-диаграмме, например, на сайте Engineer's Edge.Примечание:Иногда вам нужно будет использовать коэффициент кинетического трения, а в других случаях вам нужно будет знать коэффициент статического трения.
Предположим для этой задачи, что Fж = 5 Ньютонов.
Шаг 2: Определите нормальную силу
Эта сила, FN, это просто масса объекта, умноженная на ускорение свободного падения, умноженное на синус угла между направлением движения и вертикальным вектором силы тяжести g, который имеет значение 9,8 м / с.2. Для этой задачи предположим, что объект движется горизонтально, поэтому угол между направлением движения и силой тяжести составляет 90 градусов, что соответствует синусу 1. Таким образом, FN = мг для настоящих целей. Если бы объект скользил по пандусу, ориентированному под углом 30 градусов к горизонтали, нормальная сила была бы:
F_N = мг \ раз \ sin {(90-30)} = мг \ раз \ sin {60} = мг \ раз 0,866
Однако для этой задачи предположим, что масса составляет 10 кг. FN следовательно, 98 Ньютонов.
Шаг 3. Примените теорему Пифагора для определения величины общей контактной силы.
Если представить себе нормальную силу FN действующей вниз, и сила трения Fж действуя горизонтально, векторная сумма представляет собой гипотенузу, образующую прямоугольный треугольник, соединяющий эти векторы силы. Его величина такова:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
который для этой проблемы
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ text {N}