แรง เป็นแนวคิดทางฟิสิกส์ อธิบายโดยกฎข้อที่สองของนิวตัน ซึ่งระบุว่าความเร่งเป็นผลเมื่อแรงกระทำต่อมวล ในทางคณิตศาสตร์ นี่หมายถึง:
F=ma
แม้ว่าสิ่งสำคัญที่ควรทราบคือความเร่งและแรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ (กล่าวคือ พวกมันมีทั้ง a ขนาดและทิศทางในปริภูมิสามมิติ) ในขณะที่มวลเป็นปริมาณสเกลาร์ (กล่าวคือ มีขนาด เท่านั้น) ในหน่วยมาตรฐาน แรงมีหน่วยของนิวตัน (N) มวลมีหน่วยเป็นกิโลกรัม (กก.) และความเร่งมีหน่วยเป็นเมตรต่อวินาทีกำลังสอง (m/s)2).
แรงบางอย่างเป็นแรงที่ไม่สัมผัส หมายความว่าพวกมันกระทำโดยที่วัตถุที่สัมผัสได้ว่าพวกมันสัมผัสกันโดยตรง แรงเหล่านี้รวมถึงแรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า และแรงระหว่างนิวเคลียร์ ในทางกลับกัน แรงสัมผัสต้องการให้วัตถุสัมผัสกัน เป็นเพียงชั่วขณะ (เช่น ลูกบอลกระทบกระดอนกำแพง) หรือเป็นเวลานาน (เช่น คนกลิ้งยางขึ้น a up เนินเขา)
ในบริบทส่วนใหญ่ แรงสัมผัสที่กระทำต่อวัตถุที่เคลื่อนที่คือผลรวมเวกเตอร์ของแรงตั้งฉากและแรงเสียดทาน แรงเสียดทานกระทำตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ ในขณะที่แรงตั้งฉากจะกระทำในแนวตั้งฉากกับทิศทางนี้หากวัตถุเคลื่อนที่ในแนวนอนโดยสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วง
ขั้นตอนที่ 1: กำหนดแรงเสียดทาน
แรงนี้มีค่าเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานμ ระหว่างวัตถุกับพื้นผิวคูณด้วยน้ำหนักของวัตถุ ซึ่งเป็นมวลของวัตถุคูณด้วยแรงโน้มถ่วง ดังนั้น:
F_f=\mu mg
ค้นหาค่าของ μ โดยการค้นหาในแผนภูมิออนไลน์ เช่น ค่าที่ Engineer's Edgeบันทึก:บางครั้งคุณจะต้องใช้สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลนศาสตร์และในบางครั้งคุณจำเป็นต้องรู้ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต
สมมติให้ปัญหานี้ว่า Fฉ = 5 นิวตัน
ขั้นตอนที่ 2: กำหนดแรงตั้งฉาก
พลังนี้ Fนู๋เป็นเพียงมวลของวัตถุคูณความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงคูณไซน์ของมุมระหว่างทิศทางของการเคลื่อนที่กับเวกเตอร์แรงโน้มถ่วงแนวตั้ง g ซึ่งมีค่า 9.8 m/s2. สำหรับปัญหานี้ สมมติว่าวัตถุเคลื่อนที่ในแนวนอน ดังนั้นมุมระหว่างทิศทางของการเคลื่อนที่กับแรงโน้มถ่วงคือ 90 องศา ซึ่งมีไซน์เท่ากับ 1 ดังนั้นFนู๋ = มก. เพื่อวัตถุประสงค์ในปัจจุบัน หากวัตถุเลื่อนลงทางลาดโดยทำมุม 30 องศาไปยังแนวราบ แรงตั้งฉากจะเป็น:
F_N=mg\times\sin{(90-30)}=mg\times \sin{60}=mg\times 0.866
อย่างไรก็ตาม สำหรับปัญหานี้ สมมติว่ามีมวล 10 กิโลกรัม Fนู๋ เท่ากับ 98 นิวตัน
ขั้นตอนที่ 3: ใช้ทฤษฎีบทพีทาโกรัสเพื่อกำหนดขนาดของแรงสัมผัสโดยรวม
หากคุณนึกภาพแรงตั้งฉาก Fนู๋ กระทำการลงและแรงเสียดทาน Fฉ ผลรวมเวกเตอร์คือด้านตรงข้ามมุมฉาก สามเหลี่ยมมุมฉากที่เชื่อมกับเวกเตอร์แรงเหล่านี้สมบูรณ์ ขนาดของมันคือ:
\sqrt{F_N^2+F_f^2}
ซึ่งสำหรับปัญหานี้คือ
\sqrt{15^2+98^2}=\sqrt{225+9604}=99.14\text{ N}