Thečistá silaje vektorový súčet všetkých síl pôsobiacich na teleso. (Pripomeňme, že silou je tlak alebo ťah.) Jednotkou SI pre silu je newton (N), kde 1 N = 1 kgm / s2.
\ bold {F_ {net}} = \ bold {F_1 + F_2 + F_3 + ...}
Prvý Newtonov zákon hovorí, že objekt podstupujúci rovnomerný pohyb - to znamená, že je v pokoji alebo sa pohybuje konštantnou rýchlosťou - v tom bude pokračovať, pokiaľ na neho nebude pôsobiť nenulová sila. Newtonov druhý zákon nám výslovne hovorí, ako sa bude pohyb meniť v dôsledku tejto čistej sily:
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a}
Zrýchlenie - zmena rýchlosti v čase - je priamo úmerné čistej sile. Všimnite si tiež, že zrýchlenie aj čistá sila sú vektorové veličiny, ktoré smerujú rovnakým smerom.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Čistá sila nula NEMUSÍ nevyhnutne znamenať, že je objekt zastavený! Čistá sila nula tiež NEZNAMENÁ, že na objekt nepôsobia žiadne sily, pretože je možné, aby viac síl pôsobilo takým spôsobom, že sa navzájom rušia.
Schémy voľného tela
Prvým krokom pri hľadaní čistej sily na ľubovoľnom objekte je nakreslenie a
Predpokladajme napríklad, že kniha sedí na stole. Sily, ktoré na ňu pôsobia, by boli gravitačná sila pôsobiaca na knihu pôsobiaca dole a normálna sila tabuľky pôsobiaca na knihu pôsobiaca nahor. Schéma voľného tela tohto scenára by pozostávala z dvoch šípok rovnakej dĺžky pochádzajúcich od stredu knihy, jedna smerujúca nahor a druhá smerujúca nadol.
Predpokladajme, že tá istá kniha bola tlačená doprava silou 5 N, zatiaľ čo 3-N trecia sila pôsobila proti pohybu. Diagram voľného tela by teraz obsahoval šípku 5 N vpravo a šípku 3 N zľava.
Nakoniec predpokladajme, že tá istá kniha bola na svahu a kĺzala dole. V tomto scenári sú tromi silami gravitačná sila na knihu, ktorá smeruje priamo dole; normálna sila pôsobiaca na knihu, ktorá smeruje kolmo na povrch; a trecia sila, ktorá smeruje proti smeru pohybu.
Výpočet čistej sily
Len čo nakreslíte diagram voľného tela, môžete pomocou vektora zistiť sieťovú silu pôsobiacu na objekt. Pri skúmaní tejto myšlienky zvážime tri prípady:
Prípad 1: Všetky sily ležia na jednej priamke.
Ak všetky sily ležia na jednej priamke (smerujú iba doľava a doprava, alebo napríklad iba hore a dole), určenie čistej sily je také, ako priame ako pridanie veličín síl v kladnom smere a odpočítanie veličín síl v zápornom smere smer. (Ak sú dve sily rovnaké a opačné, ako je to v prípade knihy položenej na stole, čistá sila = 0)
Príklad:Zvážte, že 1-kg lopta padá v dôsledku gravitácie a zažíva odpor vzduchu 5 N. Pôsobí na ňu sila smerom dole v dôsledku gravitácie 1 kg × 9,8 m / s2 = 9,8 N a sila smerom nahor 5 N. Ak použijeme konvenciu, že nahor je kladné, potom je čistá sila 5 N - 9,8 N = -4,8 N, čo naznačuje čistú silu 4,8 N v smere nadol.
Prípad 2: Všetky sily ležia na kolmých osách a zvyšujú sa k 0 pozdĺž jednej osi.
V takom prípade sa kvôli určeniu sily v sieti v dôsledku síl, ktoré sa pridávajú k 0 v jednom smere, musíme zamerať iba na kolmý smer. (Aj keď vedomie, že sily v prvom smere pridávajú k 0, nám niekedy môže poskytnúť informácie o sily v kolmom smere, napríklad pri určovaní trecích síl z hľadiska normálovej sily rozsah.)
Príklad:0,25 kg autíčko je tlačené po podlahe silou 3 N pôsobiacou vpravo. 2N sila trenia pôsobí proti tomuto pohybu. Všimnite si, že na toto auto pôsobí gravitácia aj smerom dole so silou 0,25 kg × 9,8 m / s2= 2,45 N a normálna sila pôsobí nahor, tiež s 2,45 N.(Ako to vieme? Pretože pri posúvaní vozidla po podlahe nedochádza k žiadnym zmenám v pohybe vo vertikálnom smere, musí byť čistá sila vo vertikálnom smere 0,.)Toto všetko zjednodušuje jednorozmerný prípad, pretože jediné sily, ktoré sa nezrušia, sú všetky jedným smerom. Čistá sila na auto je potom 3 N - 2 N = 1 N vpravo.
Prípad 3: Všetky sily nie sú obmedzené na priamku a nekladú na kolmé osi.
Ak vieme, v akom smere bude zrýchlenie, zvolíme súradnicový systém, kde tento smer leží na kladnej osi x alebo na kladnej osi y. Odtiaľ rozdelíme každý vektor sily na zložky x a y. Pretože pohyb v jednom smere je konštantný, súčet síl v tomto smere musí byť 0. Sily v opačnom smere sú potom jedinými prispievateľmi k čistej sile a tento prípad sa znížil na prípad 2.
Ak nevieme, v akom smere bude zrýchlenie, môžeme zvoliť ľubovoľnú karteziánsku súradnicu systém, aj keď obvykle je najpohodlnejšie zvoliť taký, v ktorom jedna alebo viac síl leží na os. Každý vektor sily rozdeľte na zložky x a y. Určte čistú silu vXsmeru a čistej sily vrsmer zvlášť. Výsledok dáva súradnice x a y čistej sily.
Príklad:Auto s hmotnosťou 0,25 kg sa vďaka gravitácii valí bez trenia po 30-stupňovom stúpaní.
Použijeme súradnicový systém vyrovnaný s rampou, ako je to znázornené. Schéma voľného tela pozostáva z gravitácie pôsobiacej priamo nadol a normálnej sily pôsobiacej kolmo na povrch.
Gravitačnú silu musíme rozdeliť na zložky x a y, čo dáva:
F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) \\ F_ {gy} = F_g \ cos (\ theta)
Od pohybu vrsmer je konštantný, vieme, že čistá sila vrsmer musí byť 0:
F_N - F_ {gy} = 0
(Poznámka: Táto rovnica nám umožňuje určiť veľkosť normálovej sily.)
V smere x je jediná silaFgx, teda:
F_ {net} = F_ {gx} = F_g \ sin (\ theta) = mg \ sin (\ theta) = 0,25 \ krát9,8 \ krát \ sin (30) = 1,23 \ text {N}
Ako nájsť zrýchlenie zo siete Net Force
Ak ste určili vektor čistej sily, nájdenie zrýchlenia objektu je jednoduchou aplikáciou druhého Newtonovho zákona.
\ bold {F_ {net}} = m \ bold {a} \ znamená \ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m}
V predchádzajúcom príklade 0,25 kg automobilu valiaceho sa po rampe bola čistá sila 1,23 N po rampe, takže zrýchlenie by bolo:
\ bold {a} = \ frac {\ bold {F_ {net}}} {m} = \ frac {1,23} {0,25} = 4,92 \ text {m / s} ^ 2 \ text {dole po rampe}