แรงสุทธิคือผลรวมเวกเตอร์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุ (จำได้ว่าแรงเป็นการผลักหรือดึง) หน่วย SI ของแรงคือนิวตัน (N) โดยที่ 1 N = 1 kgm/s2.
\bold{F_{net}} = \bold{F_1 + F_2 + F_3 + ...}
กฎข้อที่หนึ่งของนิวตันระบุว่าวัตถุที่มีการเคลื่อนไหวสม่ำเสมอ – หมายความว่ามันหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ – จะยังคงทำเช่นนั้นต่อไปเว้นแต่จะถูกกระทำโดยแรงสุทธิที่ไม่ใช่ศูนย์ กฎข้อที่สองของนิวตันบอกเราอย่างชัดเจนว่าการเคลื่อนที่จะเปลี่ยนไปอย่างไรอันเป็นผลมาจากแรงสุทธินี้:
\bold{F_{net}} = m\bold{a}
ความเร่ง - การเปลี่ยนแปลงของความเร็วเมื่อเวลาผ่านไป - เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงสุทธิ โปรดทราบว่าทั้งความเร่งและแรงสุทธิเป็นปริมาณเวกเตอร์ที่ชี้ไปในทิศทางเดียวกัน
ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)
แรงสุทธิเป็นศูนย์ไม่ได้หมายความว่าวัตถุนั้นจะหยุด! แรงสุทธิเป็นศูนย์ก็ไม่ได้หมายความว่าไม่มีแรงกระทำต่อวัตถุเพราะเป็นไปได้ที่แรงหลาย ๆ อันจะกระทำในลักษณะที่พวกมันจะหักล้างซึ่งกันและกัน
แผนภาพร่างกายอิสระ Free
ขั้นตอนแรกในการหาแรงสุทธิบนวัตถุใดๆ คือการวาด aแผนภาพร่างกายอิสระ free(FBD) แสดงแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุนั้น ทำได้โดยแสดงเวกเตอร์แรงแต่ละอันเป็นลูกศรที่จุดศูนย์กลางของวัตถุและชี้ไปในทิศทางที่แรงกระทำ
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าหนังสือกำลังนั่งอยู่บนโต๊ะ แรงที่กระทำต่อหนังสือจะเป็นแรงโน้มถ่วงบนหนังสือ กระทำลง และแรงตั้งฉากของโต๊ะบนหนังสือที่เคลื่อนขึ้นข้างบน แผนภาพอิสระของสถานการณ์นี้จะประกอบด้วยลูกศรสองอันที่มีความยาวเท่ากันซึ่งมาจากจุดศูนย์กลางของหนังสือ อันหนึ่งชี้ขึ้นและอีกอันชี้ลง
สมมติว่าหนังสือเล่มเดียวกันถูกผลักไปทางขวาด้วยแรง 5 N ในขณะที่แรงเสียดทาน 3-N ต่อต้านการเคลื่อนไหว ตอนนี้ไดอะแกรมอิสระจะมีลูกศร 5-N ไปทางขวาและลูกศร 3-N ไปทางซ้าย
สุดท้าย สมมติว่าหนังสือเล่มเดียวกันอยู่บนทางลาดเลื่อนลงมา ในสถานการณ์นี้ แรงทั้งสามคือแรงโน้มถ่วงบนหนังสือ ซึ่งชี้ลงตรงๆ แรงตั้งฉากบนหนังสือซึ่งชี้ตั้งฉากกับพื้นผิว และแรงเสียดทานซึ่งชี้ไปตรงข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่
การคำนวณกำลังสุทธิ
เมื่อคุณวาดไดอะแกรมอิสระแล้ว คุณสามารถใช้การบวกเวกเตอร์เพื่อค้นหาแรงสุทธิที่กระทำต่อวัตถุ เราจะพิจารณาสามกรณีเมื่อเราสำรวจแนวคิดนี้:
กรณีที่ 1: กองกำลังทั้งหมดอยู่ในแนวเดียวกัน
หากแรงทั้งหมดอยู่บนเส้นเดียวกัน (เช่น ชี้ไปทางซ้ายขวาเท่านั้น หรือขึ้นลงเท่านั้น เป็นต้น) ให้กำหนดแรงสุทธิดังนี้ ตรงไปตรงมาเป็นการบวกขนาดของแรงในทิศทางบวกและลบขนาดของแรงในเชิงลบ ทิศทาง. (ถ้าแรงสองแรงเท่ากันและตรงข้ามกัน เช่น หนังสือที่วางอยู่บนโต๊ะ แรงสุทธิ = 0)
ตัวอย่าง:พิจารณาว่าลูกบอลน้ำหนัก 1 กก. ตกลงมาเนื่องจากแรงโน้มถ่วง โดยมีแรงต้านอากาศ 5 นิวตัน มีแรงกดลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง 1 กก. × 9.8 ม./วินาที2 = 9.8 N และแรงขึ้น 5 N หากเราใช้แบบแผนว่าขึ้นเป็นบวก แล้วแรงสุทธิคือ 5 N - 9.8 N = -4.8 N ซึ่งบ่งชี้แรงสุทธิ 4.8 N ในทิศทางลง
กรณีที่ 2: แรงทั้งหมดอยู่บนแกนตั้งฉากและเพิ่มเป็น 0 ตามแกนเดียว
ในกรณีนี้ เนื่องจากแรงบวกกับ 0 ในทิศทางเดียว เราจึงต้องเน้นเฉพาะทิศทางตั้งฉากเมื่อกำหนดแรงสุทธิ (ทั้งๆ ที่รู้ว่าแรงในทิศทางแรกบวกกับ 0 บางครั้งสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับ แรงในแนวตั้งฉาก เช่น เมื่อกำหนดแรงเสียดทานในรูปของแรงตั้งฉาก ขนาด.)
ตัวอย่าง:รถของเล่นหนัก 0.25 กก. ถูกผลักลงบนพื้นด้วยแรง 3-N ที่กระทำไปทางขวา แรงเสียดทาน 2-N ทำหน้าที่ต่อต้านการเคลื่อนไหวนี้ โปรดทราบว่าแรงโน้มถ่วงกระทำการลดลงในรถคันนี้ด้วยแรง 0.25 กก. × 9.8 ม./วินาที2= 2.45 นิวตัน และแรงตั้งฉากดันขึ้นเช่นเดียวกันกับ 2.45 นิวตัน(เรารู้เรื่องนี้ได้อย่างไร? เนื่องจากไม่มีการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ในแนวตั้งขณะที่รถถูกผลักข้ามพื้น ดังนั้นแรงสุทธิในแนวตั้งจึงต้องเป็น 0)สิ่งนี้ทำให้ทุกอย่างง่ายขึ้นสำหรับเคสแบบมิติเดียว เนื่องจากแรงอย่างเดียวที่ไม่ตัดกันล้วนมีทิศทางเดียว แรงสุทธิของรถจะอยู่ที่ 3 N - 2 N = 1 N ทางด้านขวา
กรณีที่ 3: แรงทั้งหมดไม่ได้จำกัดอยู่ที่เส้นตรงและไม่อยู่บนแกนตั้งฉาก
หากเรารู้ว่าความเร่งจะอยู่ในทิศทางใด เราจะเลือกระบบพิกัดโดยที่ทิศทางนั้นอยู่บนแกน x บวกหรือแกน y บวก จากตรงนั้น เราแบ่งเวกเตอร์แรงแต่ละตัวออกเป็นองค์ประกอบ x และ y เนื่องจากการเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวมีค่าคงที่ ผลรวมของแรงในทิศทางนั้นต้องเป็น 0 แรงในทิศอื่น ๆ เป็นเพียงปัจจัยเดียวที่ทำให้เกิดแรงสุทธิ และกรณีนี้ลดลงเหลือกรณีที่ 2
หากเราไม่รู้ว่าความเร่งจะอยู่ในทิศทางใด เราก็สามารถเลือกพิกัดคาร์ทีเซียนใดก็ได้ ระบบ แม้ว่าโดยปกติจะสะดวกที่สุดในการเลือกแบบที่มีกำลังหนึ่งหรือมากกว่าอยู่บน แกน. แบ่งเวกเตอร์แรงออกเป็นองค์ประกอบ x และ y กำหนดแรงสุทธิในxทิศทางและแรงสุทธิในyทิศทางแยกต่างหาก ผลลัพธ์จะให้พิกัด x และ y ของแรงสุทธิ
ตัวอย่าง:รถน้ำหนัก 0.25 กก. หมุนได้โดยไม่มีแรงเสียดทาน ลงทางลาด 30 องศาเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
เราจะใช้ระบบพิกัดที่สอดคล้องกับทางลาดตามที่แสดง แผนภาพร่างกายอิสระประกอบด้วยแรงโน้มถ่วงที่กระทำโดยตรงและแรงตั้งฉากตั้งฉากกับพื้นผิว
เราต้องแยกแรงโน้มถ่วงออกเป็นองค์ประกอบ x และ y ซึ่งให้:
F_{gx} = F_g\sin(\theta)\\ F_{gy} = F_g\cos(\theta)
ตั้งแต่การเคลื่อนไหวในyทิศทางคงที่ เรารู้ว่าแรงสุทธิใน netyทิศทางต้องเป็น 0:
F_N - F_{gy} = 0
(หมายเหตุ: สมการนี้ช่วยให้เราสามารถกำหนดขนาดของแรงตั้งฉากได้)
ในทิศทาง x แรงเดียวคือFgxดังนั้น:
F_{net} = F_{gx} = F_g\sin(\theta) = mg\sin(\theta) = 0.25\times9.8\times\sin (30) = 1.23 \text{ N}
วิธีค้นหาการเร่งความเร็วจาก Net Force
เมื่อคุณหาเวกเตอร์แรงสุทธิได้แล้ว การหาความเร่งของวัตถุเป็นการใช้กฎข้อที่สองของนิวตันอย่างง่าย
\bold{F_{net}} = m\bold{a}\implies\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m}
ในตัวอย่างก่อนหน้าของรถที่มีน้ำหนัก 0.25 กก. ที่กลิ้งไปตามทางลาด แรงสุทธิคือ 1.23 นิวตันตามทางลาด ดังนั้นความเร่งจะเป็นดังนี้:
\bold{a} = \frac{\bold{F_{net}}}{m} = \frac{1.23}{0.25} = 4.92\text{ m/s}^2\text{ ลงทางลาด}
