Сила, як поняття фізики, описується другим законом Ньютона, який стверджує, що прискорення виникає, коли сила діє на масу. Математично це означає:
F = ma
хоча важливо зазначити, що прискорення та сила є векторними величинами (тобто вони мають обидва a величина та напрямок у тривимірному просторі), тоді як маса є скалярною величиною (тобто вона має величину лише). У стандартних одиницях сила має одиниці ньютонів (N), маса вимірюється в кілограмах (кг), а прискорення вимірюється в метрах на секунду в квадраті (м / с2).
Деякі сили є безконтактними силами, це означає, що вони діють без того, щоб об'єкти, що зазнали їх, знаходились у безпосередньому контакті між собою. До цих сил належать сила тяжіння, електромагнітна сила та міжядерні сили. З іншого боку, контактні сили вимагають від предметів дотику один до одного, нехай це на мить (наприклад, м'яч, що б'ється і відбивається від стіни) або протягом тривалого періоду (наприклад, людина, яка катає шину вгору a пагорб).
У більшості контекстів силою контакту, що діє на рухомий об'єкт, є векторна сума нормальних і сил тертя. Сила тертя діє точно протилежно напрямкам руху, тоді як нормальна сила діє перпендикулярно цьому напрямку, якщо предмет рухається горизонтально відносно сили тяжіння.
Крок 1: Визначте силу тертя
Ця сила дорівнюєкоефіцієнт тертяμ між об’єктом і поверхнею, помноженим на вагу об’єкта, яка є його масою, помноженою на силу тяжіння. Отже:
F_f = \ mu мг
Знайдіть значення μ, шукаючи його в онлайновій діаграмі, такій як в Інженерному краї.Примітка:Іноді вам потрібно буде використовувати коефіцієнт кінетичного тертя, а інколи - знати коефіцієнт статичного тертя.
Для цієї задачі припустимо, що Ff = 5 Ньютонів.
Крок 2: Визначте нормальну силу
Ця сила, ФN, - просто маса маси об'єкта, примножена на прискорення, спричинене силою тяжіння, помножена на синус кута між напрямком руху та вертикальним вектором гравітації g, який має значення 9,8 м / с2. Для цієї задачі припустимо, що об’єкт рухається горизонтально, тому кут між напрямком руху та гравітацією становить 90 градусів, що має синус 1. Таким чином FN = мг для нинішніх цілей. Якби об'єкт ковзав по пандусу, орієнтованому на 30 градусів до горизонталі, нормальною силою було б:
F_N = мг \ раз \ гріх {(90-30)} = мг \ раз \ гріх {60} = мг \ разів 0,866
Однак для цієї проблеми припустимо масу 10 кг. FN отже, становить 98 ньютонів.
Крок 3: Застосуйте теорему Піфагора, щоб визначити величину загальної сили контакту
Якщо зобразити нормальну силу FN що діє вниз і сила тертя Ff діючи горизонтально, векторна сума є гіпотенузою, яка завершує прямокутний трикутник, що з'єднує ці вектори сил. Таким чином, його величина:
\ sqrt {F_N ^ 2 + F_f ^ 2}
що для цієї проблеми є
\ sqrt {15 ^ 2 + 98 ^ 2} = \ sqrt {225 + 9604} = 99,14 \ text {N}