Sila je kot koncept fizike opisana z Newtonovim drugim zakonom, ki pravi, da pospešek nastane, ko sila deluje na maso. Matematično to pomeni:
F = ma
čeprav je pomembno opozoriti, da sta pospešek in sila vektorski količini (tj. imata oba a velikost in smer v tridimenzionalnem prostoru), medtem ko je masa skalarna veličina (tj. ima velikost samo). V standardnih enotah ima sila enote Newtonov (N), masa v kilogramih (kg), pospešek pa v metrih na sekundo na kvadrat (m / s2).
Nekatere sile so brezkontaktne sile, kar pomeni, da delujejo, ne da bi predmeti, ki jih doživljajo, med seboj v neposrednem stiku. Te sile vključujejo gravitacijo, elektromagnetno silo in medjedrske sile. Kontaktne sile pa zahtevajo, da se predmeti med seboj dotikajo, naj bo to zgolj za trenutek (npr žoga, ki udarja in se odbija od stene) ali v daljšem časovnem obdobju (na primer oseba, ki valja pnevmatiko a hrib).
V večini kontekstov je kontaktna sila, ki deluje na premikajoči se objekt, vektorska vsota normalnih in tornih sil. Torna sila deluje popolnoma nasprotno smeri gibanja, medtem ko normalna sila deluje pravokotno na to smer, če se objekt premika vodoravno glede na težo.
1. korak: Določite silo trenja
Ta sila je enakakoeficient trenjaμ med predmetom in površino, pomnoženo s težo predmeta, ki je njegova masa, pomnožena s težo. Tako:
F_f = \ mu mg
Poiščite vrednost μ, tako da ga poiščete v spletnem grafikonu, kot je ta na Engineer's Edge.Opomba:Včasih boste morali uporabiti koeficient kinetičnega trenja, drugič pa boste morali poznati koeficient statičnega trenja.
Za to težavo predpostavimo, da Ff = 5 Newtonov.
2. korak: Določite normalno silo
Ta sila, FN, je preprosto masa predmeta, pomnožena z gravitacijskim pospeškom, pomnoženim s sinusom kota med smerjo gibanja in navpičnim gravitacijskim vektorjem g, ki ima vrednost 9,8 m / s2. Za to težavo predpostavimo, da se objekt premika vodoravno, torej je kot med smerjo gibanja in gravitacijo 90 stopinj, kar ima sinus 1. Tako je FN = mg za sedanje namene. Če bi predmet drsel po klančini, usmerjeni na 30 stopinj v vodoravni položaj, bi bila normalna sila:
F_N = mg \ krat \ sin {(90-30)} = mg \ krat \ sin {60} = mg \ krat 0.866
Za to težavo pa predpostavimo maso 10 kg. FN je torej 98 Newtonov.
3. korak: Uporabite pitagorejski izrek za določitev velikosti celotne kontaktne sile
Če si predstavljate normalno silo FN ki deluje navzdol in sila trenja Ff deluje vodoravno, vektorska vsota je hipotenuza, ki zaključuje pravokotni trikotnik, ki povezuje te vektorje sil. Njegova velikost je tako:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
kar je za ta problem
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ besedilo {N}