Kraft, som ett fysikbegrepp, beskrivs av Newtons andra lag, som säger att acceleration uppstår när en kraft verkar på en massa. Matematiskt betyder detta:
F = ma
även om det är viktigt att notera att acceleration och kraft är vektormängder (dvs. de har båda a magnitud och en riktning i tredimensionellt utrymme) medan massa är en skalär kvantitet (dvs. den har en storlek endast). I standardenheter har kraftenheter Newton (N), massan uppmätt i kg (kg) och accelerationen mäts i meter per sekund kvadrat (m / s2).
Vissa krafter är kontaktfria krafter, vilket innebär att de verkar utan att föremålen upplever dem är i direktkontakt med varandra. Dessa krafter inkluderar gravitation, den elektromagnetiska kraften och kärnkrafterna. Kontaktstyrkor, å andra sidan, kräver att föremål berör varandra, vare sig det för en stund (som t.ex. en boll som slår och studsar från en vägg) eller under en längre tid (t.ex. en person som rullar ett däck uppåt kulle).
I de flesta sammanhang är kontaktkraften som utövas på ett rörligt objekt vektorsumman av normala och friktionskrafter. Friktionskraften verkar exakt motsatt rörelseriktningen, medan den normala kraften verkar vinkelrätt mot denna riktning om objektet rör sig horisontellt med avseende på tyngdkraften.
Steg 1: Bestäm friktionskraften
Denna kraft är lika medfriktionskoefficientμ mellan objektet och ytan multiplicerat med objektets vikt, vilket är dess massa multiplicerat med tyngdkraften. Således:
F_f = \ mu mg
Hitta värdet på μ genom att leta upp det i ett online-diagram som det på Engineer's Edge.Notera:Ibland måste du använda kinetisk friktionskoefficient och vid andra tillfällen behöver du veta koefficienten för statisk friktion.
Antag för detta problem att Ff = 5 Newton.
Steg 2: Bestäm normal kraft
Denna kraft, FN, är helt enkelt föremålets massa gånger accelerationen på grund av tyngdkraften gånger sinus i vinkeln mellan rörelseriktningen och den vertikala gravitationvektorn g, som har ett värde på 9,8 m / s2. Antag för detta problem att objektet rör sig horisontellt, så vinkeln mellan rörelseriktningen och tyngdkraften är 90 grader, vilket har en sinus på 1. Således FN = mg för nuvarande ändamål. Om objektet skulle glida nerför en ramp orienterad 30 grader mot horisontalen, skulle den normala kraften vara:
F_N = mg \ gånger \ sin {(90-30)} = mg \ gånger \ sin {60} = mg \ gånger 0,866
För detta problem antar du dock en massa på 10 kg. FN är därför 98 Newton.
Steg 3: Använd Pythagoras teorem för att bestämma omfattningen av den totala kontaktkraften
Om du föreställer dig den normala kraften FN verkar nedåt och friktionskraften Ff verkar horisontellt är vektorsumman hypotenusen och fullbordar en höger triangel som sammanfogar dessa kraftvektorer. Dess storlek är alltså:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
vilket för detta problem är
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ text {N}
