Περιεχόμενο
- Βήμα 1: Προσδιορίστε τη δύναμη τριβής
- Βήμα 2: Προσδιορίστε την Κανονική Δύναμη
- Βήμα 3: Εφαρμόστε το Πυθαγόρειο Θεώρημα για να προσδιορίσετε το Μέγεθος της Συνολικής Δύναμης Επαφής
Η δύναμη, ως έννοια της φυσικής, περιγράφεται από τον Newton δεύτερο νόμο, ο οποίος δηλώνει ότι η επιτάχυνση προκύπτει όταν μια δύναμη ασκεί μια μάζα. Μαθηματικά, αυτό σημαίνει F = ma, αν και είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η επιτάχυνση και η δύναμη είναι διανυσματικές ποσότητες (δηλαδή, έχουν τόσο μέγεθος όσο και κατεύθυνση στον τρισδιάστατο χώρο) ενώ η μάζα είναι μια κλιμακωτή ποσότητα (δηλ. μεγέθους μόνο). Στις τυποποιημένες μονάδες, η δύναμη έχει μονάδες Newtons (N), η μάζα μετριέται σε χιλιόγραμμα (kg) και η επιτάχυνση μετράται σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο (m / s2).
Ορισμένες δυνάμεις είναι δυνάμεις χωρίς επαφή, πράγμα που σημαίνει ότι ενεργούν χωρίς τα αντικείμενα που βιώνουν να βρίσκονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους. Αυτές οι δυνάμεις περιλαμβάνουν τη βαρύτητα, την ηλεκτρομαγνητική δύναμη και τις πυρηνικές δυνάμεις. Οι δυνάμεις επαφής, από την άλλη πλευρά, απαιτούν αντικείμενα να αγγίζουν το ένα το άλλο, είτε πρόκειται για μια απλή στιγμή (όπως μια μπάλα που χτυπάει και αναπηδά από έναν τοίχο) είτε για μια παρατεταμένη περίοδο (όπως ένα άτομο που τροχαίνει ένα ελαστικό επάνω σε ένα λόφο) .
Στις περισσότερες αντιθέσεις, η δύναμη επαφής που ασκείται σε ένα κινούμενο αντικείμενο είναι το αθροιστικό διάνυσμα των κανονικών δυνάμεων και των δυνάμεων τριβής. Η δύναμη τριβής λειτουργεί ακριβώς απέναντι από τις κατευθύνσεις της κίνησης, ενώ η κανονική δύναμη ενεργεί κάθετα προς αυτήν την κατεύθυνση αν το αντικείμενο κινείται οριζοντίως σε σχέση με τη βαρύτητα.
Βήμα 1: Προσδιορίστε τη δύναμη τριβής
Αυτή η δύναμη είναι ίση με την συντελεστής τριβής μ μεταξύ του αντικειμένου και της επιφάνειας πολλαπλασιασμένο με το βάρος των αντικειμένων, το οποίο είναι η μάζα του πολλαπλασιασμένη με τη βαρύτητα. Έτσι Fφά = μmg. Βρείτε την τιμή του μ, αναζητώντας την σε ένα διαδικτυακό γράφημα, όπως αυτό στο Engineers Edge. Σημείωση: Μερικές φορές θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε τον συντελεστή κινητικής τριβής και άλλες φορές θα πρέπει να γνωρίζετε τον συντελεστή στατικής τριβής.
Υποθέστε για αυτό το πρόβλημα ότι Fφά = 5 Newtons.
Βήμα 2: Προσδιορίστε την Κανονική Δύναμη
Αυτή η δύναμη, FΝ, είναι απλώς οι μάζες αντικειμένων της επιτάχυνσης που οφείλονται στους χρόνους βαρύτητας του ημιτονοειδούς γωνίας μεταξύ της κατεύθυνσης κίνησης και του κατακόρυφου διανύσματος βαρύτητας g, η οποία έχει τιμή 9,8 m / s2. Για αυτό το πρόβλημα, υποθέστε ότι το αντικείμενο κινείται οριζόντια, οπότε η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης κίνησης και της βαρύτητας είναι 90 μοίρες, η οποία έχει ημιτονοειδές σχήμα 1. Έτσι FΝ = mg για τους παρόντες σκοπούς. (Εάν το αντικείμενο γλίστρησε κάτω από μια κεκλιμένη επιφάνεια προσανατολισμένη κατά 30 μοίρες προς την οριζόντια, η κανονική δύναμη θα ήταν mg × sin (90 - 30) = mg × sin 60 = mg × 0,866.)
Για αυτό το πρόβλημα, αναλάβετε μάζα 10 kg. φάΝ είναι κατά συνέπεια 10 kg × 9,8 m / s2 = 98 Newtons.
Βήμα 3: Εφαρμόστε το Πυθαγόρειο Θεώρημα για να προσδιορίσετε το Μέγεθος της Συνολικής Δύναμης Επαφής
Αν δείτε την κανονική δύναμη FΝ ενεργώντας προς τα κάτω και την δύναμη τριβής Fφά ενεργώντας οριζόντια, το αθροιστικό διάνυσμα είναι η υποτείνουσα που συμπληρώνει ένα ορθό τρίγωνο που ενώνει αυτούς τους φορείς δύναμης. Το μέγεθος του είναι ως εκ τούτου:
(ΦΑΝ2 + Fφά2)(1/2) ,
που για αυτό το πρόβλημα είναι
(152 + 982) (1/2)
= (225 + 9,604)(1/2)
= 99,14 Ν