Как рассчитать силу, необходимую для движения автомобиля

Знание силы, необходимой для перемещения автомобиля, необходимо при проектировании автомобиля или любого другого транспортного средства – от железнодорожных вагонов до космического челнока. К счастью, есть простые физические законы, которые управляют этим типом движения, которые универсально применимы. Эта статья объясняет второй закон Ньютона, поскольку он относится к ускорению автомобиля.

Используйте второй закон Ньютона

Шаг 1

Используйте второй закон Ньютона, который гласит, что всякий раз, когда два или более объектов взаимодействуют друг с другом, на них действует сила. Существует два основных типа сил: силы контакта (приложенная сила, трение и др.) И силы на расстоянии или силы поля (гравитационные, электрические и магнитные).

Шаг 2

Сосредоточиться на приложении силы к машине. Если автомобиль находится на ровной поверхности, и трение незначительно (что верно, если оно накачало шины и медленно движется), то сила, необходимая для ускорения автомобиля, определяется как сила = ускорение массы или F = M x a.

В соответствии с этим даже очень небольшая сила достаточна, чтобы двигаться, хотя и медленно.

Используя массу «М» рассматриваемого автомобиля в килограммах (1 кг = 2,2 фунта) и ускорение «а», желаемое в метрах в секунду в квадрате, вставьте параметры во второе уравнение закона Ньютона, чтобы получить силу «F», требуемую в килограмм метров в секунду в квадрате, что эквивалентно базовой единице силы, Ньютон.

Если машина на склоне

Шаг 1

Рассмотрим перпендикулярную составляющую нисходящей силы в дополнение к силе, необходимой для ускорения.

Шаг 2

Рассчитайте нисходящую силу, вызванную силой тяжести, умножив массу автомобиля в килограммах на стандартную постоянную ускорения силы тяжести, 9,8 метра в секунду в квадрате.

Рассчитайте перпендикулярную составляющую этой силы, умножив ее на косинус 90 градусов минус наклон, который также можно назвать тета, как показано на рисунке (прижимная сила x cos (90-уклон) = прижимная сила x cos (theta ) = перпендикулярная составляющая силы). Например: оранжевый джип, показанный выше, весит 3200 фунтов (1450 кг) и сидит на наклоне 30 градусов. Сила гравитации, действующая на джип в направлении, в котором он может катиться (перпендикулярная составляющая силы), представляет собой нисходящую силу (9,8 x 1450 = 14 250 ньютонов), умноженную на косинус 90 минус наклон (cos (90-30) = 0,5), что составляет 14 250 x 0,5 = 7 125 ньютонов. Это означает, согласно второму закону Ньютона, что если бы джип мог свободно катиться, он ускорился бы вниз по склону на 7 125 ньютонов, разделенных на 1450 кг, что равно 5 метрам в секунду в квадрате. После одной секунды вращения джип будет двигаться со скоростью 5 метров в секунду или 11 миль в час.

Чаевые

• Убедитесь, что вы используете стандартные научные единицы: килограммы, метры, секунды и ньютоны. Используйте здравый смысл при работе с уклонами. Если машина наклонена вниз, она захочет катиться таким образом.

Предметы, которые вам понадобятся

Сила ⚠️ притяжения: формула, как рассчитывается, примеры

Характер и особенности расчета силы притяжения известны еще с древних времен. На основании имеющихся знаний, переданных современному научному сообществу великими исследователями, человек познает не только его окружающий мир, но и Вселенную.

Формула силы притяжения

Со времен Древней Греции философов интересовали явления притяжения тел к земле и свободного падения. К примеру, по утверждениям Аристотеля, из двух камней, брошенных с одинаковой высоты, быстрее достигнет земной поверхности тот, чья масса больше. В IV веке до нашей эры единственными методами научных изысканий служили наблюдения и анализ. К проверке гипотез опытным путем великие мыслители не прибегали. По истечению столетий физик из Италии Галилео Галилей проверил утверждения Аристотеля, используя практические методы исследований.

Итоги проведенных Галилеем опытов были опубликованы в «Беседах и математических доказательствах, касающихся двух новых наук». Ученый использовал псевдоним Сагредо: «пушечное ядро не опередит мушкетной пули при падении с высоты двухсот локтей».

Формулировка закона всемирного тяготения была представлена в 1666 году Исааком Ньютоном. В ней фиксировались основные тезисы теоремы Галилея.

Смысл заключался в том, что тела, которые обладают разными массами, падают на землю с одинаковыми ускорениями.  Одно тело притягивает другое и, наоборот, с силой, которая прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна отрезку пути между ними. Согласно определению гравитации от Ньютона, тела, характеризующиеся массой, обладают свойством, благодаря которому притягиваются друг к другу.

Понятие и определение

Силы взаимного притяжения – это силы, которые притягивают любые тела, обладающие массами.

Корректность выводов Ньютона неоднократно подтверждалась путем практических испытаний. Но в начале ХХ века перед учеными-физиками остро стоял вопрос о природе и характере взаимодействия крупных астрономических тел, включая разные виды планетарных систем и галактик в вакууме. Ньютоновского закона уже было недостаточно, чтобы решить эти задачи. Исключить недочеты позволила новая теория, разработанная Альбертом Эйнштейном в начале ХХ столетия. Общая теория относительности объясняет гравитацию не в качестве силы, а представляет ее в виде искривления пространства и времени в четырех измерениях, которое зависит от массы тел, создающих его.

Источник: i.ytimg.com

Гравитация представляет собой свойство тел, которые характеризуются массой, притягивать друг друга. Данное физическое явление можно объяснить, как поле, оказывающее дистанционное воздействие на предметы, не связанные между собой никаким другим способом.

Достижение Эйнштейна не противоречит теоретическому объяснению гравитации от Ньютона. Общая теория относительности рассматривает закон всемирного тяготения, как частный случай, применимый для сравнительно небольших расстояний. Данная закономерность в настоящее время также активно используется для поиска решений задач на практике.

Единицы измерения силы притяжения

В разных системах измерений можно встретить несколько отличающиеся обозначения. 2\),

где \(m1,m2\) — массы объектов, которые притягиваются друг к другу под действием силы \(F\),

\(r\) – расстояние, на которое удалены тела,

\(G\) — т.н. гравитационная постоянная величина, константа, равная 6,67.

Источник: avatars.mds.yandex.net

Гравитационное взаимодействие объектов будет слабеть, если тела удаляются друг относительно друга. Сила гравитации пропорциональна величине расстояния в квадрате. При этом для нахождения искомой величины расстояние измеряется от центров тяжести тел, а не от поверхностей.

Гравитация в определенных моментах напоминает другие физические явления. Исходя из зависимости интенсивности силы от расстояния в квадрате, гравитацию можно сравнить с электромагнитным взаимодействием сильного и слабого характера.

Формула силы гравитационного притяжения между двумя телами

Квадратичная связь силы, с которой тела притягиваются друг к другу, с расстоянием между ними объясняет тот факт, что люди, находящиеся на поверхности планеты Земля не притягиваются к Солнцу, хотя масса его велика и превышает земную в миллион раз.

Земля и центр Солнечной системы удалены примерно на 150 миллионов километров. Дистанция достаточно велика, чтобы ощущаться человеком. Однако эту силу можно зарегистрировать, используя высокоточные приборы. В рамках планеты Земля сила, с которой тела к ней притягиваются, то есть их вес, измеряется следующим образом:

\(P=m\times g\),

где \(m\) – масса тела, на которое воздействует сила притяжение,

\(g\) – ускорение свободного падения около Земли (если рассматривать систему в условиях любой другой планеты, данная величина будет отличаться).

На разных географических широтах величина ускорения свободного падения может незначительно отличаться. Производя расчеты, данный показатель принимается за 9,81 метров в секунду в квадрате.

В физике понятия массы и веса тел отличаются. Весом называется сила, определяющее притяжение объекта к планете. Масса представляет собой меру инертности вещества. На нее не влияют другие тела, расположенные рядом. {-11}\)

Выполнить расчет силы притяжения достаточно просто, если правильно выбрать формулу, подходящую под конкретные условия, в которых находятся тела. Если в процессе решения задач по физике или другим дисциплинам возникают проблемы, всегда можно обратиться за помощью к компетентным специалистам портала Феникс.Хелп.

Как рассчитать силу магнита?

Сила магнита рассчитывается, в первую очередь, исходя из его массы. То есть, чем больше масса магнита, тем больше его сила, так называемая, сила на отрыв.

Обращаем внимание на то, что сила на отрыв измеряется в единицах килограмм-сила. Сила на отрыв не измеряется просто в килограммах.

Тангенциальная составляющая силы

Стоит понимать, что сила на отрыв — это усилие (сила), которое необходимо приложить к магниту, чтобы оторвать его от стальной поверхности, например, от стального листа. При этом данное усилие должно быть приложено перпендикулярно к магниту. Если мы попытаемся оторвать магнит от поверхности, приложив силу под углом к поверхности, то нам потребуется меньшее усилие, так как в данном случае сила будет высчитываться через тангенциальную составляющую, которая, в свою очередь, высчитывается через косинусы углов приложенной силы.

Физические характеристики или класс магнита

Во-вторых, сила на отрыв рассчитывается исходя из физических характеристик магнита. Например, магнит класса N45 сложнее оторвать от поверхности, чем магнит таких же размеров класса N35. Это связано с магнитной энергией магнита: чем она выше (энергия), тем сложнее оторвать магнит от поверхности.
Рассмотрим пример на магните размером 30*10 мм. Сила на отрыв такого магнита классом N35 от стального листа составляет 17,87 кг/с (или просто килограмм). Сила на отрыв такого же магнита от стального листа, но уже классом N45, составляет 22,92 кг/с. То есть разница составляет 28%!

Система, в которую помещен магнит

В-третьих, попробуем рассмотреть силу на отрыв магнита, помещенного между двумя стальными листами (схематично, лист-магнит-лист). В этом случае, мы будем отрывать один из листов от магнита (второй лист надежно закреплен). 
Рассмотрим тот же пример, магнит 30*10 мм. Чтобы оторвать лист от магнита классом N35, нам потребуется сила 30,55 кг/с!!! Для класса N45 эта величина составит и вовсе рекордные 39,28 кг/с!!! Делаем вывод: сила на отрыв рассчитывается исходя из системы характеристик, в которую помещен магнит.

Площадь соприкосновения

В-четвертых, сила на отрыв рассчитывается исходя из площади соприкосновения поверхности магнита с поверхностью стального листа. 
Рассмотрим наглядный пример: два магнита, первый 25*20 мм, второй 30*10 мм, оба имеют одинаковый класс N35. Масса магнита 25*20 мм составляет 76,09 грамм, масса магнита 30*10 мм составляет 54,79 грамм, то есть, если бы мы рассчитывали силу на отрыв исходя только из массы магнита, то магнит 25*20 мм должен быть сильнее магнита 30*10 мм примерно на 38% процентов. Однако если учесть площадь соприкосновения магнита со стальным листом (25 мм против 30 мм), то сила на отрыв даст нам следующие показатели: у магнита 25*20 мм — 20,65 кг/с, у магнита 30*10 мм — 17,87 кг/с. То есть магнит 25*20 мм сильнее магнита 30*10 мм всего на 16%! Таким образом, разница в массе магнитов была компенсирована площадью соприкосновения. Делаем вывод: площадь соприкосновения магнита со стальным листом имеет не меньшее значение, чем масса или класс магнита.

Итог: сила на отрыв — сложная система

Подведем итог. Сила на отрыв магнита — это очень сложная, в какой-то мере тонкая система, составленная из множества приложенных сил и зависящая от мелочей. И очень сложно дать универсальный ответ, который на 100% будет соответствовать истине в различных вариантах применения. Поэтому для расчета силы на отрыв, предлагаем воспользоваться помощью наших менеджеров. От вас — детали сиcтемы, в которую помещен магнит, от нас — точный расчет.

Если же Вам достаточно теоретических расчетов, то каждая карточка магнита имеет информацию о массе и силе на отрыв. Удачных покупок!

Читайте также:

Характеристики неодимовых магнитов

Что значит «класс» магнита?

Правила работы с магнитами

Что такое аксиальная намагниченность?

 

Как рассчитать силы на столе и его ножках?

Поскольку вы хотите знать, что происходит с нагрузкой, приложенной к углу стола, я собираюсь упростить этот вопрос до двух измерений, предполагая, что ножка в этом углу противостоит одной только нагрузке. Учитывая тот факт, что жесткость стальных элементов на несколько порядков больше жесткости деревянного стола, это, вероятно, не так уж далеко от истины.

Я также собираюсь предположить, что стол сделан из волшебных материалов, которые не имеют собственного веса, и что стол в противном случае пуст от других нагрузок, просто для простоты. Кроме того, как уже упоминали другие, это практически невозможно сделать без знания статики. Я не могу дать здесь целый урок, но я собираюсь объяснить вещи как можно лучше.

Фактически у вас есть следующая структура (удаление хвостовой части стола после стопы, которая не имеет значения, и диагональ у основания стопы, которая только усложняет ситуацию и фактически не меняет соответствующие внутренние напряжения):

300lb300lb12in=1ft12in=1ftM=300⋅1=300ft-lbM=300⋅1=300ft-lbQ=−300lbQ=−300lb

20in20in(между соединением горизонтальной планки с диагональю и с колонной) поперечное усилие должно быть постоянным вдоль этого отрезка. А поскольку сила сдвига является производной изгибающего момента, момент должен изменяться линейно. А так как диагональ прикреплена («шариковая» связь) к горизонтали, она не крала ни одного момента. Это означает, что горизонтальный луч проходит от изгибающего момента 300 в начале диагонали до нуля в столбце. Таким образом, постоянная сила сдвига вдоль этого участка равна тангенсу этого линейного изменения, которое

Q=300ft-lb20in=53ft=180lbQ=300ft-lb20in=53ft=180lb

−300lb−300lb+180lb+180lb+480lb+480lb480lb480lb480⋅205=1920lb480⋅205=1920lb4802+19202−−−−−−−−−−√=1979lb4802+19202=1979lb1920lb1920lb

1920lb1920lb1920lb1920lb1920lb1920lb5in5in1920⋅512=800ft-lb1920⋅512=800ft-lb

+180lb+180lb−480lb−480lb300lb300lbЭто имеет смысл, поскольку эта часть столбца должна выдерживать всю внешнюю нагрузку, которая была приложена к краю таблицы. Если бы его сжатие не было равно приложенной нагрузке, что-то было бы неправильно.

В конце дня вы получите следующую структуру (нажмите, чтобы развернуть):

Однако, знание внутренних сил недостаточно для того, чтобы знать, будет ли ваш стол его поддерживать. Это, однако, в значительной степени зависит от того, где вы живете и какие коды применяются (и я уверен, что столы не должны следовать структурным кодам, но я уверен, что есть какой-то соответствующий код) и не могут получить адекватный ответ здесь.

Это, как говорится, для напряжения и сдвига, как правило, мало загадок. Для растяжения разделите растягивающее усилие на площадь поперечного сечения и сравните это напряжение с прочностью стали (самый слабый A500 — 45кси) с некоторым запасом прочности (при расчетах допустимого напряжения часто используется 60% прочности стали). Для сдвига разделите усилие сдвига на «площадь сдвига», которая в вашем случае равна площади «вертикальных» сторон поперечных сечений. Это дает вам напряжение сдвига, которое следует сравнить с прочностью стали (допустимое напряжение конструкции использует 40% прочности на растяжение).

Изгиб и сжатие, однако, являются более сложными из-за риска потери устойчивости и должны выполняться соответствующими кодами. Если человек игнорирует изгиб (а на самом деле не должен), то это просто вопрос получения соответствующего напряжения и его повторного сравнения с силой. Для сжатия это то же самое, что и для натяжения. Для изгиба разделите изгибающий момент на модуль упругости, чтобы получить максимальное напряжение растяжения / сжатия (см. Ниже), а также сравнить с допустимым напряжением:

σ=6Mh2b1h41−b2h42σ=6Mh2b1h23−b2h33

И, что бы это ни стоило, диагональ у основания стопы может иметь значение для анализа потери устойчивости, хотя, если бы мне пришлось угадывать, я бы сказал, что верхняя диагональ, помогающая горизонтальной балке, будет контролирующим элементом (для потери устойчивости).

Как правильно рассчитать свои финансовые силы до начала строительства дома

Есть пять основных факторов, определяющих стоимость будущего дома:

1. Площадь дома.
2. Планируется ли летняя дача или дом для проживания круглый год.
3. Тип инженерных коммуникаций и качественный уровень материалов на внутреннюю отделку и сантехнику.
4. Наличие цокольного этажа.
5. Одноэтажный или двухэтажный дом.

Разберем отдельно каждый фактор.

Площадь дома – это основной параметр, влияющий на стоимость будущего дома из клееного бруса. Расчет всех материалов, объема работ, мощности оборудования для отопления и т.д. напрямую зависит от размеров помещений.
Построить дом для проживания зимой стоит в разы дороже, чем летнюю дачу. Вам нужно будет возводить стены с высокой теплоизоляцией, усиливать утепление кровли, перекрытий, ставить соответствующие окна и систему отопления.
Рассчитывая свои финансовые возможности, необходимо определиться какой уровень отделки, вы хотите применить в вашей будущем доме. Стоимость оборудования и материалов для инженерных систем и внутренней отделки отличается в несколько раз в зависимости от желаемого уровня, импортное инженерное оборудование намного дороже отечественного. Внутреннюю отделку можно провести из самых простых доступных материалов «со строительного рынка», можно потратить время и деньги, покупая непосредственно у производителя или в специализированных магазинах, с отбором, или можно использовать эксклюзивные материалы, которые выполняются только под индивидуальный заказ.
Если вы мечтаете о цокольном этаже, в котором планируете размещение гаража, жилых помещений или что-то еще, нужно учитывать, что его монтаж в 3-4 раза увеличит стоимость фундамента.
Одноэтажный дом всегда дороже двухэтажного той же общей площади. В одноэтажном доме фундамент и крыша при той же общей площади дома, будут в 2 раза больше, чем в двухэтажном, соответственно материалы и объем работ вырастут в 2 раза.

Таким образом, ответы на вышеперечисленные 5 вопросов помогут вам рассчитать ваши финансовые силы и выбрать оптимальный вариант строительства дома, подходящий именно вам.

Момент силы — как найти? В чем измеряется? Формулы

Сила: что это за величина

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или тормозит, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.

• Сила — это физическая векторная величина, которая воздействует на данное тело со стороны других тел.

Она измеряется в Ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.

Плечо силы

Для начала давайте разберемся, что такое плечо силы — оно нам сегодня очень пригодится.

Представьте человека. Совершенно обычного. Если он совершенно обычный, у него точно будут плечи — без них получится уже какой-то инопланетянин. Если мы прочертим прямую вдоль линии плеча, а потом еще одну — вдоль линии руки — мы получим две пересекающиеся прямые. Угол между такими прямыми будет равен 90 градусов, а значит эти линии перпендикулярны.

Как анатомическое плечо перпендикулярно руке, так и в физике плечо перпендикулярно, только уже линии действия силы.

То есть перпендикуляр, проведенный от точки опоры до линии действия силы —это плечо силы.

Рычаг

В каждом дворе есть качели, для которых нужны два качающихся (если в вашем дворе таких нет, посмотрите в соседнем). Большая доска ставится посередине на точку опоры. По сути своей, качели — это рычаг.

Рычаг — простейший механизм, представляющий собой балку, вращающуюся вокруг точки опоры.

Хорошо, теперь давайте найдем плечо этой конструкции. Возьмем правую часть качелей. На качели действует сила тяжести правого качающегося, проведем перпендикуляр от линии действия силы до точки опоры. Получилась, что плечо совпадает с рычагом, разве что рычаг — это вся конструкция, а плечо — половина.

Давайте попробуем опустить качели справа, тогда что получим: рычаг остался тем же самым по длине, но вот сместился на некоторый угол, а вот плечо осталось на том же месте. Если направление действия силы не меняется, как и точка опоры, то перпендикуляр между ними невозможно изменить.

Момент силы

При решении задач на различные силы нам обычно хватало просто сил. Сила действует всегда линейно (ну в худшем случае под углом), поэтому очень удобно пользоваться законами Ньютона, приравнивать разные силы. Это работало с материальными точками, но не будет так просто применяться к телам, у которых есть форма и размер.

Вот мы приложили силу к краю палки, но при этом не можем сказать, что на другом ее конце будут то же самое ускорение и та же самая сила. Для этого мы вводим такое понятие, как момент силы.

Момент силы — это векторное произведение силы на плечо. Для определения физического смысла можно сказать, что момент — это вращательное действие.

Момент силы M = Fl M — момент силы [Н*м] F — сила [Н] l — плечо [м]

Вернемся к примеру с дверями. Вот мы приложили силу к краю двери — туда, где самый длинный рычаг. Получаем некоторое значение момента силы.

Теперь ту же силу приложим ближе к креплению двери, там, где плечо намного короче. По формуле получим момент меньшей величины.

На себе мы это ощущаем таким образом: нам легче толкать дверь там, где момент больше. То есть, чем больше момент, тем легче идет вращение.

То же самое можно сказать про гаечный ключ. Чтобы закрутить гайку, нужно взяться за ручку дальше гайки.

В этом случае, прикладывая ту же силу, мы получаем большую величину момента за счет увеличения плеча.

Расчет момента силы

Сейчас рассмотрим несколько вариантов того, как момент может рассчитываться. По идее просто нужно умножить силу на плечо, но поскольку мы имеем дело с векторами, все не так просто.

Если сила расположена перпендикулярно оси стержня, мы просто умножаем модуль силы на плечо.

Расстояние между точками A и B — 3 метра.

Момент силы относительно точки A:

           МА=F×AB=F×3м

Если сила расположена под углом к оси стержня, умножаем проекцию силы на плечо.

Обратите внимание, что такие задания могут встретиться только у учеников не раньше 9 класса!

Момент силы относительно точки B:

           MB=F×cos30×AB=F×cos30×3м

Если известно расстояние от точки до линии действия силы, момент рассчитывается как произведение силы на это расстояние (плечо).

Момент силы относительно точки B:

           MB=F×3м

Правило моментов

Вернемся к нашим баранам качелям. Мы умудряемся на них качаться, потому что существует вращательное действие — момент. Силы, с которыми мы действуем на разные стороны этих качелей могут быть разными, но вот моменты должны быть одинаковыми.

Правило моментов говорит о том, что если рычаг не вращается, то сумма моментов сил, поворачивающих рычаг против часовой стрелки, равна сумме моментов сил, поворачивающих рычаг по часовой стрелке.

Это условие выполняется относительно любой точки.

Правило моментов M1 + M2 +…+ Mn = M’1 + M’2 +…+ M’n M1 + M2 +…+ Mn — сумма моментов сил, поворачивающих рычаг по часовой стрелке [Н*м]

Давайте рассмотрим этот закон на примере задач.

Задача 1

К левому концу невесомого стержня прикреплен груз массой 3 кг.

Стержень расположили на опоре, отстоящей от его левого конца на 0,2 длины стержня. Чему равна масса груза, который надо подвесить к правому концу стержня, чтобы он находился в равновесии?

Решение:

Одним из условий равновесия стержня является то, что полный момент всех внешних сил относительно любой точки равен нулю. Рассмотрим моменты сил относительно точки опоры. Момент, создаваемый левым грузом равен mgL5 он вращает стержень против часовой стрелки. Момент, создаваемый правым грузом:Mg4L5 — он вращает по часовой.

Приравнивая моменты, получаем, что для равновесия к правому концу стержня необходимо подвесить груз массой
M = m : 4 = 3 : 4 = 0,75 кг

Ответ: для равновесия к правому концу стержня необходимо подвесить груз массой 0,75 кг

Задача 2

Путешественник несёт мешок с вещами на лёгкой палке. Чтобы удержать в равновесии груз весом 80 Н, он прикладывает к концу B палки вертикальную силу 30 Н. OB = 80 см. Чему равно OA?

Решение:

По правилу рычага: FB/FA=|OA|/|OB| где FA и FB — силы, приложенные соответственно к точкам A и B. Выразим длину OA:

|OA|=FB/FA)*|OB|=30/80*80=30 см

Ответ: расстояние ОА равно 30 см

Задача 3

Тело массой 0,2 кг подвешено к правому плечу невесомого рычага (см. рисунок). Груз какой массы надо подвесить ко второму делению левого плеча рычага для достижения равновесия?

Решение:

По правилу рычага m1g*l1=m2g*l2

Отсюда m2=l1/l2*m1=3/2*0,2 = 0,3 кг

Ответ: Масса груза равна 0,3 кг

Задача 4

На железной дороге для натяжения проводов используется показанная на рисунке система, состоящая из легких блоков и тросов, натягиваемых тяжелым грузом. Чему равна сила натяжения провода?

Решение:

Система на рисунке состоит из трех блоков: двух подвижных и одного неподвижного. Назначение неподвижного блока заключается только в том, что он меняет направление действия силы, однако никакого выигрыша в силе при этом не возникает. Каждый подвижный блок, напротив, дает выигрыш в силе.

Определим силу, с которой натянута первая нить. Груз растягивает ее с силой:
T = mg = 10*10 = 100 Н

Рассмотрим теперь первый подвижный блок. Так как вся система статична, полная сила, действующая на этот блок, должна быть равна нулю. Первая нить тянет его направо с суммарной силой 2T, значит, натяжение второй нити тоже должно быть равно 2T (вот он — выигрыш в силе). Аналогичное рассмотрение для второго подвижного блока показывает, что натяжение провода должно быть равно

4T = 4*100= 400 Н

Ответ: натяжение провода равно 400 Н

Задача 5 — a.k.a самая сложная задачка

Под действием силы тяжести mg груза и силы F рычаг, представленный на рисунке, находится в равновесии. Вектор силы F перпендикулярен рычагу, груз на плоскость не давит. Расстояния между точками приложения сил и точкой опоры, а также проекции этих расстояний на вертикальную и горизонтальную оси указаны на рисунке.

Если модуль силы F равен 120 Н, то каков модуль силы тяжести, действующей на груз?

Решение:

Одним из условий равновесия рычага является то, что полный момент всех внешних сил относительно любой точки равен нулю. Рассмотрим моменты сил относительно опоры рычага. Момент, создаваемый силой F, равен F*5 м и он вращает рычаг по часовой стрелке. Момент, создаваемый грузом относительно этой точки — mg*0,8 м, он вращает против часовой. Приравнивая моменты, получаем выражение для модуля силы тяжести

mg=F*5/0,8=120*5/0,8=750Н

Ответ: модуль силы тяжести, действующей на груз равен 750 Н

---

---

 

Как рассчитать силу удара

Многих начинающих спортсменов интересует вопрос: как определить силу удара боксера, например, по груше? Сила удара, как и любая другая сила подчиняется физическим законам и зависит от нескольких величин.

Чтобы определить силу удара кулаком или иным любым предметом, нужно знать следующие значения: массу ударяющего предмета, время контакта, скорость движения ударяющего предмета. Чем больше та скорость, с которой кулак или иной предмет двигался до столкновения, чем больше его масса и чем короче время контакта его с тем препятствием, на который он натолкнулся и, тем больше будет то среднее значение силы, с которой предмет нанесет удар.

По второму закону Ньютона, формула определения силы удара будет выглядеть следующим образом: F = m (v1 – v2) / (t1 – t2), где m – это масса ударяющего предмета, v1 и v2 – это скорость в момент начала удара и после него, а t1 и t2 – это время, которое было затрачено на контакт. Из формулы видно, что чем больше времени занимает удар, тем он слабее. Именно поэтому боксеры на тренировках и соревнованиях надевают мягкие перчатки. Они продлевают время контакта с противником и тем самым смягчают удар. Так же видно, что на силу удара сильно влияет скорость. Чем быстрее летит кулак, тем сильнее будет удар. Поэтому на тренировках спортсмены не только наращивают мышечную массу, но и учатся быстро двигаться.

Если речь идет о вертикальном ударе, то есть о силе удара при падении предмета с какой-либо высоты (вспомним Ньютона и яблоко), то для определения силы нужно знать высоту, которую пролетело тело, ускорение свободного падения (оно равно примерно 10 м/с2) и его массу. То есть яблоко массой примерно 200 граммов, пролетевшее три метра и набравшее скорость около 8м/с, соприкоснется с землей в течение 4 миллисекунд. При этом сила удара составит примерно 500 Н. Это достаточно большая величина, но учитывая, что контакт был очень коротким, вред такая сила нанести не может.

Поскольку для любого удара верно — чем больше время, тем меньше сила удара — при поездках в автомобиле пользуйтесь ремнями и подушками безопасности. Они затягивают время удара, а значит, смягчают его силу. Именно поэтому в случае аварии они могут спасти вам жизнь.

Калькулятор силы

| Как найти силу?

Калькулятор силы поможет вам рассчитать силу на основе второго закона движения Ньютона. Прочтите , чтобы узнать, что такое сила , и , какие типы сил существуют в классической механике . Мы также объясним , как найти силу в упражнениях, используя формулу силы . В конце мы также проиллюстрируем , что такое чистая сила , на простом примере.

Если вам нужно найти определенную силу, возможно, вам поможет один из этих калькуляторов:

Определение силы и уравнение силы

Что такое сила?

Сила — это любое взаимодействие, которое, если не встретить сопротивления, может изменить движение объекта .

Если спросят: «Что такое сила?» нефизик, вероятно, подумает о том, чтобы толкать и тянуть. Физик подумал бы об изменении скорости объекта. Чтобы понять, почему, давайте посмотрим на уравнение силы:

а = м / ж ,

где:

• a — ускорение объекта, выраженное в метрах в секунду в квадрате [м / с ² ];
• м — масса объекта в килограммах [кг]; и
• F — сила, измеряемая в Ньютонах [Н].

Ускорение — это изменение скорости с течением времени . И, как видно из формулы силы, чем больше сила, тем больше ускорение. Итак, если что-то ускоряется, например, автомобиль, оно может передать значительную силу, если столкнется с другой машиной. Эта сила пропорциональна массе автомобиля и его (тормозящему) ускорению.

Чтобы использовать калькулятор силы, введите две из этих переменных: массу, ускорение или силу в любых единицах и получите недостающее число в мгновение ока.

Если вы рассчитываете силу самостоятельно, всегда используйте систему СИ, чтобы избежать ошибок. Что такое единица силы в системе СИ? Это Ньютон [N] — назван в честь Исаака Ньютона — математика, физика и первооткрывателя гравитации. В основных единицах СИ один Ньютон равен:

1 Н = 1 кг * м / с 2

Чтобы узнать больше о единицах силы, перейдите в наш конвертер силы.

Законы движения Ньютона

Ньютон предложил три закона движения, которые объясняют движение всех физических объектов. Они являются основой всей классической механики , которая также известна как механика Ньютона .

1. Первый закон движения Ньютона

Объект останется в покое или продолжит двигаться равномерно, если на него не будет воздействовать внешняя сила.

2. Второй закон движения Ньютона

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m * a .

3. Третий закон движения Ньютона

Когда одно тело оказывает силу на второе тело, второе тело оказывает на первое тело силу, равную по величине и противоположную по направлению (для каждого действия всегда существует равная, но противоположная реакция).

Виды сил

Все силы в классической механике подчиняются трем законам движения Ньютона.

• Сила тяжести — это притяжение между любыми двумя объектами ненулевой массы .Вы идете по земле вместо того, чтобы плыть из-за этой силы — силы тяжести. Его проявляет все, что вас окружает, как экран, на котором вы это читаете. Он такой маленький; это незаметно.

• Нормальная сила — это реакция на силу тяжести — прекрасный пример третьего закона Ньютона. Когда вы стоите, вы прикладываете к полу силу (равную силе гравитации). Пол оказывает на вас такую ​​же ценность.

• Трение — это сила, противодействующая движению .Он пропорционален нормальной силе, действующей между объектом и землей. Зимой вы наносите песок на обледеневшие поверхности, чтобы увеличить трение и предотвратить скольжение.

• Натяжение — это осевая сила, которая проходит через тросы, цепи, пружины и другие объекты при внешнем растяжении . Например, если вы выгуливаете собаку, и она тянет вас вперед, это создает напряжение на ее поводке.

• Центробежная сила — это сила, действующая на вращающийся объект .Вы когда-нибудь были на карусели? Вы помните, как вас выталкивали наружу? Это чувство вызывала центробежная сила.

• Давление — это мера силы, приложенной к поверхности . Если вы надуваете воздушный шар, частицы воздуха внутри оказывают давление на баллон. Все частицы ощущают одинаковую силу, поэтому воздушный шар надувается равномерно.

Как обрести силу?

Давайте рассмотрим несколько упражнений, чтобы на уроке физики вас ничто не удивило.

1. Найдите ускоряющую и тормозящую (останавливающую) силу:

Гепард имеет массу 50 кг. Он разгоняется из состояния покоя до 50 км / ч за 3 секунды. Затем он начинает постепенно замедляться и останавливается через 8 секунд.

• Ускоряющая сила:

  Сначала найдите ускорение:

  50 км / ч равно 13,89 м / с (мы рассчитали это с помощью преобразователя скорости).

  Ускорение равно разнице скорости во времени:

  а = (13.89 м / с - 0) / 3 с = 4,63 м / с 2

  Рассчитать ускоряющую силу:

  F a = м * a = 50 кг * 4,63 м / с 2 = 231,5 Н

• Сила торможения:

  a = (0-13,89 м / с) / 8 с = -1,74 м / с 2

  F r = 50 кг * -1,74 м / с 2 = -87 Н

  Сила торможения отрицательна, поскольку она имеет направление, противоположное ускоряющей силе.

2. Какое усилие необходимо для ускорения объекта (м = 2 кг) на 8 м / с ² ? А если объект в три раза тяжелее? Как это влияет на силу?

Если масса в три раза больше, сила должна быть в три раза больше.

Что такое чистая сила?

Сила — вектор . Значит, имеет значение и направление. Вот почему вы не можете складывать его как обычные числа (скаляры).

Чистая сила (F _N ) — это сумма векторов всех отдельных сил, действующих на объект .Например, давайте посмотрим на падающий мяч. На него влияют сила тяжести (F _G = 5 Н), сопротивление воздуха (F _R = 1 Н) и боковая сила, вызванная ветром (F _W = 2 Н).

1. Сначала найдите чистую силу горизонтальных сил. У них противоположное направление, поэтому они частично компенсируют друг друга:

   • F H = F G - F R = 5N - 1 N = 4N

2. Теперь найдите чистую силу двух оставшихся сил.

   Здесь вы можете вычислить его по теореме Пифагора (в прямоугольном треугольнике: a 2 + b 2 = c 2 ). Чтобы узнать больше о сложении векторов, перейдите к калькулятору сложения векторов.

   F H 2 + F W 2 = F N 2 4 2 + 2 2 = F N 2 16 + 4 = F N 2 F N 2 = 20 F N = √20 F N = 2√5

   Чистая сила, действующая на шар, равна 2√5 Н.

Теперь, когда вы знаете три закона движения Ньютона и определение силы, взгляните на один из калькуляторов, перечисленных в начале. Там мы подробно объясняем все типы сил. Мы также недавно провели забавный эксперимент, в котором мы проверили, что принесет победу в гонке — туалетную бумагу или бутылку ?. Проверьте это, чтобы узнать что-нибудь о моменте инерции массы и ускорении!

FAQ

Как найти ускорение с помощью силы и массы?

1. Разделите силу на массу .
2. Не забудьте использовать базовые единицы СИ. Это означает, что Ньютона для силы и килограмма для массы.
3. Наслаждайтесь ускорением в метра в секунду в квадрате .

Вес — это сила?

Вес — другое название силы тяжести . В физике масса и вес не одно и то же. Масса — это свойство объекта. Он сопротивляется любому изменению движения. Вес — это сила, действующая на массу под действием силы тяжести . На Земле, если ваша масса составляет 70 килограммов, ваш вес составляет около 700 Ньютонов (точнее, 686,5 Ньютонов).

Сила — это вектор?

Сила — вектор . Это означает, что он определяется как величиной , так и направлением . Скаляры, как и масса или длина, определяются только величиной. Итак, если вы примените к объекту две силы, вы не сможете добавить их как скаляры. Вам нужно учесть направление и найти чистую силу — векторную сумму сил.

Какова формула силы?

Формула силы определяется вторым законом движения Ньютона :

Сила, прилагаемая объектом, равна массе, умноженной на ускорение этого объекта: F = m ⨉ a.

Чтобы использовать эту формулу, необходимо использовать единицы СИ: Ньютона, для силы, килограмма, для массы и метра в секунду в квадрате для ускорения.

Что происходит, когда две силы действуют в одном направлении?

Когда две силы действуют в одном направлении, они складывают и создают чистую силу, равную их сумме.

Как связаны сила и движение?

Сила — это любое взаимодействие, которое, если ему не противостоять, может изменить движение объекта. Без внешней силы движущийся объект будет продолжать двигаться с постоянной скоростью и направлением, а неподвижный объект останется неподвижным. Если приложить внешнюю несбалансированную силу, объект изменит движение, изменив свою скорость и / или направление.

Взаимосвязь между силой и движением определяется законами движения Ньютона .

Какие виды сил?

Виды сил в физике:

• Контактные силы : Нормальная сила, приложенная сила, сила трения, сила натяжения, сила сопротивления воздуха
• Бесконтактные силы : гравитационная сила, электрическая сила, магнитная сила

Ускорение — это сила?

Ускорение не сила . Ускорение — это изменение скорости во времени. Как и сила, ускорение — это вектор, поэтому он имеет как величину, так и направление.Согласно второму закону движения Ньютона, ускорение пропорционально силе: F = m ⨉ a. Направление ускорения объекта определяется направлением чистой силы, действующей на этот объект.

Может ли чистая сила быть отрицательной?

Чистая сила может быть как положительной, так и отрицательной . Чистая сила — это сумма векторов всех индивидуальных сил, действующих на объект. Силы всегда положительны по величине. Но чтобы упростить расчет чистой силы, мы предполагаем, что силы, направленные в противоположных направлениях, имеют разные знаки.Обычно мы говорим, что силы, направленные вправо, положительны, а налево — отрицательны. Итак, если у вас есть две противоположные по направлению силы, действующие на объект, а результирующая сила направлена ​​влево, вы можете сказать, что результирующая сила отрицательна.

В чем разница между уравновешенными и несбалансированными силами?

Уравновешенные силы имеют одинаковую величину и противоположное направление . Они уравновешивают друг друга, и поэтому компенсируют друг друга . Классическим примером уравновешенных сил могут быть гравитационная сила и нормальная сила, действующие на объект, расположенный на горизонтальной поверхности.Уравновешенные силы не вызывают изменения направления или скорости объекта.

Неуравновешенные силы не имеют одинаковой величины . Если на объект действует неуравновешенная сила, она влияет на движение объекта . Например, если что-то падает, это происходит из-за силы тяжести. Сила сопротивления воздуха противодействует гравитации, но не уравновешивает ее, если объект достаточно тяжелый.

Уравновешенные силы вызывают изменение движения?

Уравновешенные силы не вызывают изменения движения .Две силы уравновешены, когда они имеют одинаковую величину и противоположное направление, поэтому они нейтрализуют друг друга. Вместе они не влияют на скорость или направление движения объекта.

Что такое контактная сила?

Контактная сила — это любая сила, которая требует контакта. И трение, и нормальная сила являются контактными силами, потому что они возникают, когда объект контактирует с поверхностью. С другой стороны, неконтактная сила, как и сила тяжести, действует без контакта с объектом.

Как рассчитать силу | Sciencing

Обновлено 1 февраля 2020 г.

Кевин Бек

Рецензент: Лана Бандойм, B.S.

Слово force встречается практически во всех мыслимых аспектах повседневной жизни, от спорта до погоды и военных конфликтов. Но по сути, сила — это концепция, уходящая корнями в физику, где она имеет очень конкретное и важное значение. Стандартная единица силы — ньютон (Н), равная кг м / с ² .

Сила — это одна из двух физических величин, которые влияют на движение объекта, вторая — масса. Описание движения объектов в пространстве называется кинематикой , которая учитывает положение, скорость и ускорение; Включение силы и массы в изучение движения вводит понятие динамики .

Законы движения Ньютона

Прежде чем узнать о конкретных силах и о том, как проводить расчеты с использованием этой величины, полезно рассмотреть три основных закона движения, придуманных Исааком Ньютоном:

1.Каждый объект в состоянии постоянного движения (включая покой) останется в этом состоянии, если на него не будет воздействовать внешняя сила.
2. Сила — это произведение массы и ускорения.
3. Для каждой силы существует сила, противоположная по направлению и равная по величине.

Второй закон Ньютона представляет наибольший интерес, если вы хотите вычислить силу или определить массу или ускорение, если дана информация о силе и одной из двух других величин. Ускорение — это изменение скорости.

Примеры сил

Вы можете думать о силе как о чем-то, что толкает или тянет; Хотя метафора полезна, однако, она не очень помогает вам в понимании реального мира. Вместо этого список, показывающий диапазон природных сил, является лучшим инструментом для знакомства с силами, которые вы будете использовать в своих физических расчетах.

Вес — это загадочная сила, которая действует на все объекты с массой и является результатом гравитации, которая на поверхности Земли имеет значение 9.8 метров в секунду в квадрате (9,8 м / с ² ). Растяжение, эластичность, трение и так называемая нормальная сила — это силы, действующие на твердые тела; плавучесть, подъемная сила, тяга и сопротивление — силы, однозначно связанные с жидкостями (жидкостями и газами).

Электростатические силы и магнитные силы связаны с заряженными частицами. Кроме того, природа включает четыре фундаментальных силы , которые порождают все остальные силы. Одна из них — гравитация, которая на сегодняшний день является самой слабой фундаментальной силой; другие — это электромагнетизм и сильные и слабые ядерные взаимодействия в атомах.

Уравнение силы

Стандартная форма формулы силы в физике утверждает, что чистая внешняя сила , действующая на объект, является произведением его массы и его ускорения:

\ textbf {F} = m \ textbf {a }

Здесь сила и ускорение векторных величин , что означает, что они имеют как значение (величину, представленную числом), так и направление в пространстве, связанное с ними. Масса — это скалярная величина , то есть означает, что она полностью описана в терминах своей величины.

Пример расчета силы

Компактный автомобиль массой 1000 кг ускоряется на север со скоростью 5 м / с ² . Какая сила создается этим ускорением?

F = (1000 кг) (5 м / с ² ) = 5000 Н.

Автомобиль в конечном итоге достигает скорости 40 м / с (около 90 миль в час) и выравнивается на этой скорости. Какая внешняя сила действует на машину сейчас?

Это своего рода вопрос с подвохом. В то время как ускоряющийся автомобиль имеет большой импульс, если автомобиль не испытывает ускорения, обе стороны уравнения силы равны нулю, и нет чистой внешней силы, действующей на систему, в данном случае состоящую только из автомобиля.Физическая величина, представляющая наибольший интерес здесь, , импульс , является произведением массы и скорости v (сравните это с уравнением силы).

Расчет силы

Сила толкающая или тянущая.

Силы на объект обычно сбалансированы (в несбалансированном состоянии объект ускоряется):

Сбалансированный		несимметричный
Без ускорения		Разгон

Пример: силы на вершине этой опоры моста равны

в балансе (это не ускорение):

Кабели тянут вниз одинаково влево и вправо, и это уравновешивается толчком башни вверх .(Башня толкает? Да! Представьте, что вы стоите там вместо башни.)

Силы можно смоделировать так:

И когда мы помещаем их лицом к хвосту , мы видим, что они закрываются сами на себя , что означает, что чистый эффект равен нулю:

Силы уравновешены.

Силы в равновесии считаются в равновесии : также нет изменений в движении.

Схемы свободного тела

Первый шаг — построить диаграмму свободного тела (также называемую диаграммой сил).

Free Body Diagram : Эскиз, на котором тело отделено от мира, за исключением сил, действующих на него.

В примере с мостом диаграмма свободного тела для вершины башни:

Схема свободного тела

Это помогает нам ясно представить себе силы , действующие на тело .

Пример: Автомобиль на шоссе

Какие силы действуют на машину, едущую по шоссе?

Двигатель тяжело работает, так почему же машина не продолжает ускоряться?

Поскольку движущая сила уравновешивается:

• Сопротивление воздуха (проще говоря: воздух сопротивляется толканию),
• Сопротивление качению, также называемое трением качения (шины сопротивляются изменению формы)

Как это:

Схема свободного тела

W — масса автомобиля,

R ₁ и R ₂ — сопротивление качению шин,

N ₁ и N ₂ — это силы реакции (уравновешивающие вес автомобиля).

Примечание: стальные колеса (как в поездах) имеют меньшее сопротивление качению, но слишком скользкие на дороге!

Расчеты

Сила — это вектор. Вектор имеет величину звездной величины (размер) и направление :

.

Мы можем моделировать силы, рисуя стрелки правильного размера и направления. Как это:

Пример: восхищение видом

Брэди стоит на краю балкона, опираясь на горизонтальную балку и распорку:

Он весит 80кг.

Какие силы?

Давайте возьмем то место, на котором он стоит, и подумаем о силах, которые там находятся:

Его вес

Его масса 80 кг создает силу тяжести, направленную вниз.

Сила — это масса, умноженная на ускорение: F = m a

Ускорение свободного падения на Земле составляет 9,81 м / с ² , поэтому a = 9,81 м / с ²

F = 80 кг × 9.81 м / с ²

F = 785 N

Другие силы

Силы уравновешены, поэтому они должны замкнуться в себе следующим образом:

Для ее решения можно использовать тригонометрию.
Поскольку это прямоугольный треугольник , SOHCAHTOA поможет.

Для балки Beam мы знаем Смежное, мы хотим знать Противоположное, и «TOA» говорит нам использовать Tangent:

загар (60 °) = Луч / 785 Н

Ширина / 785 N = желто-коричневый (60 °)

Луч = загар (60 °) × 785 Н

Балка = 1.732 … × 785 Н = 1360 Н

Для стойки Strut мы знаем смежный объект, мы хотим знать гипотенузу, и «CAH» говорит нам использовать косинус:

cos (60 °) = 785 Н / стойка

Распорка × cos (60 °) = 785 Н

Стойка = 785 Н / cos (60 °)

Стойка = 785 Н / 0,5 = 1570 Н

Решено:

Интересно, какая сила действует на балку и стойку по сравнению с поддерживаемым весом!

Крутящий момент (или момент)

Что делать, если балка просто воткнута в стену (консоль)?

Нет опорной стойки, что происходит с силами?

Схема свободного тела выглядит так:

Сила, направленная вверх R , уравновешивает направленную вниз Вес .

Только с этими двумя силами луч будет вращаться, как пропеллер! Но есть также «эффект поворота» M , называемый Moment (или Torque ), который уравновешивает его:

Момент : Сила, умноженная на расстояние под прямым углом.

Мы знаем, что вес составляет 785 Н, и нам также необходимо знать расстояние под прямым углом , которое в данном случае составляет 3,2 м.

M = 785 Н x 3,2 м = 2512 Нм

И именно этот момент останавливает вращение луча.

Вы можете почувствовать момент, держась за удочку.

Не только удерживая его вес, но и не позволяйте ему вращаться вниз.

Трение

Коробка на рампе

Ящик весит 100 кг.

Силы трения достаточно, чтобы удерживать его на месте.

Сила реакции R направлена ​​под прямым углом к ​​аппарели.

Коробка не разгоняется, значит, силы уравновешены:

Масса 100 кг создает силу тяжести, направленную вниз:

W = 100 кг × 9.81 м / с ² = 981 Н

Мы можем использовать SOHCAHTOA, чтобы решить треугольник.

Трение f :

sin (20 °) = f /981 N

f = sin (20 °) × 981 N = 336 N

Реакция N :

cos (20 °) = R / 981 N

R = cos (20 °) × 981 N = 922 Н

И получаем:

Советы по рисованию диаграмм свободного тела

• Нарисуйте как можно проще.Коробки часто бывает достаточно.
• Силы указывают в направлении , они действуют на тело
• прямые стрелки на сил
• изогнутые стрелки на моментов

Сэм и Алекс вытаскивают ящик

Иногда вычисления могут быть проще, если мы превратим величину и направление в x и y :

	<=>
Вектор a в полярных координатах Координаты		Вектор a в декартовой системе координат Координаты

Вы можете прочитать, как преобразовать их в полярные и декартовы координаты, но вот краткое описание:

От полярных координат (r, θ ) до декартовых координат (x, y)		От декартовых координат (x, y) до полярных координат (r, θ)
x = r × cos ( θ ) y = r × sin ( θ )		r = √ (x 2 + y 2 ) θ = tan -1 (y / x)

Давайте воспользуемся ими!

Пример: извлечение ящика

Сэм и Алекс тянут ящик (вид сверху) :

• Сэм тянет с силой 200 Ньютонов при 60 °
• Алекс тянет с силой 120 Ньютонов под углом 45 °, как показано на рисунке

Что такое комбинированная сила и ее направление?

Давайте сложим два вектора голова к хвосту:

Первое преобразование из полярного числа в декартово (до 2 десятичных знаков):

Вектор Сэма:

• x = r × cos ( θ ) = 200 × cos (60 °) = 200 × 0.5 = 100
• y = r × sin ( θ ) = 200 × sin (60 °) = 200 × 0,8660 = 173,21

Вектор Алекса:

• x = r × cos ( θ ) = 120 × cos (-45 °) = 120 × 0,7071 = 84,85
• y = r × sin ( θ ) = 120 × sin (-45 °) = 120 × -0,7071 = -84,85

Теперь у нас:

Добавьте их:

(100, 173,21) + (84,85, -84,85) = (184.85, 88,36)

Этот ответ действителен, но давайте вернемся к полярному, поскольку вопрос был в полярном:

• r = √ (x ² + y ² ) = √ (184,85 ² + 88,36 ² ) = 204,88
• θ = загар ^-1 (y / x) = загар ^-1 (88,36 / 184,85) = 25,5 °

И у нас есть этот (округленный) результат:

А для Сэма и Алекса это выглядит так:

Они могли бы получить лучший результат, если бы стояли плечом к плечу!

Расчетная сила — Физика средней школы

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Определение индивидуальных значений силы

Как было сказано ранее в Уроке 3 (а также в Уроке 2), результирующая сила — это векторная сумма всех индивидуальных сил. В Уроке 2 мы узнали, как определить чистую силу, если известны величины всех отдельных сил.В этом уроке мы узнаем, как определять величины всех отдельных сил, если известны масса и ускорение объекта. Три основных уравнения, которые будут полезны: уравнение для чистой силы (F _net = m • a), уравнение для гравитационной силы (F _grav = m • g) и уравнение для силы трения (F _frict = μ • F _норма ).

Процесс определения значения отдельных сил, действующих на объект, включает применение второго закона Ньютона (F _net = m • a) и применение значения чистой силы.Если масса (м) и ускорение (а) известны, то чистая сила (F _net ) может быть определена с использованием уравнения.

F _net = m • a

Если числовое значение чистой силы и направление чистой силы известны, то можно определить значение всех индивидуальных сил. Таким образом, задача включает использование приведенных выше уравнений, данной информации и вашего понимания чистой силы для определения значения отдельных сил.

Ваша очередь практиковаться

Чтобы понять, как применяется этот метод, попробуйте выполнить следующие практические задачи. Проблемы прогрессируют от простых к более сложным. Решив проблему, нажмите кнопку, чтобы проверить свои ответы.

Практика № 1

Диаграммы свободного тела для четырех ситуаций показаны ниже.Чистая сила известна для каждой ситуации. Однако величина некоторых отдельных сил неизвестна. Проанализируйте каждую ситуацию индивидуально и определите величину неизвестных сил.

Практика № 2

К объекту весом 6 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.На объект действует сила трения 15 Н. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, чистую силу и приложенную силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Практика № 3

К объекту массой 10 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с постоянной скоростью.Коэффициент трения между предметом и поверхностью 0,2. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Практика № 4

К объекту весом 5 кг прикладывают направленную вправо силу, чтобы перемещать его по шероховатой поверхности с ускорением вправо 2 м / с / с.Коэффициент трения между объектом и поверхностью 0,1. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, приложенную силу, силу трения и чистую силу. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Практика № 5

К объекту весом 4 кг прикладывают направленную вправо силу 25 Н, чтобы переместить его по шероховатой поверхности с ускорением вправо 2.5 м / с / с. Используйте диаграмму, чтобы определить гравитационную силу, нормальную силу, силу трения, чистую силу и коэффициент трения между объектом и поверхностью. (Пренебрегая сопротивлением воздуха.)

Еще пара практических задач представлена ​​ниже. Вы должны постараться решить как можно больше проблем без помощи заметок, решений, учителей и других учеников.Примите решение индивидуально решать проблемы. А пока стоит упомянуть важное предостережение:

Не допускайте, чтобы код заставлял проблему в форме ранее решенной проблемы. Проблемы в физике редко выглядят одинаково. Вместо того чтобы решать проблемы наизусть или путем имитации ранее решенной проблемы, используйте свое концептуальное понимание законов Ньютона для поиска решений проблем. Используйте свое понимание веса и массы, чтобы найти m или Fgrav в проблеме.Используйте свое концептуальное понимание чистой силы (векторная сумма всех сил ), чтобы найти значение Fnet или значение отдельной силы. Не отделяйте решение физических задач от вашего понимания концепций физики. Если вы не можете решать физические задачи, подобные приведенным выше, это не обязательно означает, что у вас есть математические трудности. Вполне вероятно, что у вас проблемы с физическими концепциями.

Хотим предложить… Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны взаимодействовать с ним! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего Force Interactive. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Force Interactive позволяет учащемуся исследовать влияние изменений прилагаемой силы, чистой силы, массы и трения на ускорение объекта.

Проверьте свое понимание

1. Ли Милон катается на санях со своими друзьями, когда его раздражает один из комментариев друга. Он прилагает к своим 4,68 кг сани с силой 9,13 Н, направленной вправо, чтобы разогнать их по снегу. Если ускорение саней составляет 0,815 м / с / с, то каков коэффициент трения саней по снегу?

2.В лаборатории физики Эрнесто и Аманда прикладывают направленную вправо силу 34,5 Н к тележке массой 4,52 кг, чтобы разогнать ее по горизонтальной поверхности со скоростью 1,28 м / с / с. Определите силу трения, действующую на тележку.

Что такое формула силы? — Определение и объяснение — Видео и стенограмма урока

Формула силы

Формула силы утверждает, что сила равна массе, умноженной на ускорение.Итак, если вы знаете массу и ускорение, просто умножьте их вместе, и теперь вы знаете силу! Единицами измерения ускорения являются метры на секунду в квадрате (м / с2), а единицей измерения массы — килограммы (кг).

Давайте посмотрим на пример:

Мэри пытается поднять ящик с пола на полку. Коробка весом 2 кг она разгоняет со скоростью 2 м / с2. Какую силу Мэри прилагает к коробке?

Чтобы решить эту проблему, просто умножьте массу (2 кг) на ускорение (2 м / с2), чтобы получить окончательный ответ: на коробку была приложена сила 4 Н.Помните, что в физике всегда включайте все единицы как в вашу задачу, когда вы показываете свою математику, так и когда вы пишете свой окончательный ответ.

Решение для других переменных

Вы также можете вычислить любую другую переменную в уравнении, если у вас есть две из трех. Например, если у вас есть масса и сила, вы можете рассчитать ускорение.

Если вы немного не уверены в алгебраических уравнениях, вот вам ярлык!

Используя круг, проведите горизонтальную линию через середину.Затем разделите нижнюю половину круга на две части. Сверху напишите F для силы, а внизу поставьте м для массы в одной секции и и для ускорения в другой. Горизонтальная линия будет использоваться для деления, а вертикальные линии — для умножения. Затем закройте пальцем любую переменную, которую вы хотите найти. Например, предположим, что мы хотим найти ускорение. Накройте круг и . Теперь у вас остается F , разделенное на м. Это математика, которую вы используете для вычисления силы! Довольно просто, да?

Давайте посмотрим на пример:

Джордан пытается подтолкнуть через комнату большой стул для своей тети. Она хочет, чтобы это было на солнце, чтобы она могла читать днем. Джордан использует 300 Н силы на стуле 300 кг. Насколько быстро Джордан должен разогнаться, чтобы передвинуть стул?

Давайте снова воспользуемся кругом. Закройте переменную, которую вы хотите найти, a. Теперь у нас остается F , разделенное на м. Теперь мы можем подставить наши числа. Сила (300 Н), разделенная на массу (300 кг), равна 1 м / с2 — ускорению, которое Джордан должен использовать для перемещения кресла.

Net Force

Обычно на объекты одновременно действует множество сил, а не одна, как мы видели до сих пор. Чтобы вычислить другие переменные, нам нужно сложить силы, чтобы увидеть, что такое результирующая сила или сумма сил, действующих на объект. Сила считается вектором , что означает, что она имеет величину и направление.Обычно мы обозначаем силы, которые направлены вниз, как отрицательные, а силы, направленные вверх, как положительные. Точно так же силы, идущие влево, отрицательны, а силы, идущие вправо, положительны.

Ученые придумали отличный способ систематизировать совокупные силы, действующие на объект, который называется диаграммой свободного тела. Диаграммы свободного тела — это изображения, на которых изображены все силы, действующие на объект. Вы начинаете с точки, представляющей объект. Затем вы рисуете силы, действующие на объект, выходящий из точки, со стрелками на конце.Так, например, если я толкну коробку вправо с 10 Н, я нарисовал бы линию на диаграмме свободного тела справа, обозначенную 10 Н. После того, как вы записали все свои силы, пора их сложить! Мы добавляем силы только в одном направлении за раз.

Когда у вас есть более одной силы в задаче, вам нужно сначала нарисовать диаграмму свободного тела, вычислить чистую силу, а затем использовать круг или алгебру для решения.

Давайте посмотрим на пример:

Керри хочет повесить новую причудливую лампу весом 150 кг, которую она нашла в комиссионном магазине.Она знает, что Fg лампы или ее вес составляет 200 Н. Кабель, который она должна его подвесить, имеет только натяжение (FT) 150 Н. Каково ускорение лампы?

Сначала мы рисуем диаграмму свободного тела, на которой F g идет вниз, поскольку это связано с силой тяжести, и F T идет вверх, поскольку веревка тянет лампу к потолку.

Затем, поскольку F g понижается, эта сила будет отрицательной, а поскольку F T возрастает, это число будет положительным.Когда мы добавляем -200 Н плюс положительные 150 Н, мы получаем -50 Н. Это означает, что общая сила, действующая на нашу лампу, уменьшается, что означает, что лампа тоже гаснет. Не похоже, что этот кабель подойдет Керри! Но давайте продолжим решать эту проблему, потому что нам нужно было найти ускорение.

Теперь, когда у нас есть чистая сила, мы можем использовать круг или алгебру. Когда мы подставляем числа, мы получаем -50 Н (сила), разделенную на 150 кг (масса), что дает нам ускорение -0,33 м / с2.

Резюме урока

Формула для силы говорит, что сила равна массе ( м ), умноженной на ускорение ( a ).Если у вас есть какие-либо две из трех переменных, вы можете решить третью. Сила измеряется в Ньютонах (Н), масса — в килограммах (кг), а ускорение — в метрах в секунду в квадрате (м / с2). Если у вас более одной силы в задаче, сначала нарисуйте диаграмму свободного тела, затем добавьте свои силы, чтобы получить чистую силу, и, наконец, решите свою проблему.

Что следует помнить

• Сила равна массе, умноженной на ускорение.
• Сила измеряется в Ньютонах.
• Вы можете использовать уравнение силы, чтобы также найти массу или ускорение объекта.
• Чтобы рассчитать чистую силу, действующую на объект, можно нарисовать диаграмму свободного тела.

Результаты обучения

Просмотрите и затем просмотрите этот видео-урок о формуле силы, чтобы с легкостью выполнить следующие задачи:

• Напишите определение силы и поймите, как она измеряется
• Распознать формулу для расчета силы
• Создать диаграмму свободного тела
• Найдите другие переменные и рассчитайте чистую силу

Расчет неуравновешенных сил — Силы — GCSE Physics (Single Science) Revision — Other

На объект могут действовать несколько различных сил, которые могут иметь разную силу и направление.Но их можно сложить вместе, чтобы получить результирующую силу . Это единая сила, которая действует на объект так же, как и все отдельные силы, действующие вместе.

Результирующая сила и ускорение

Если результирующая сила равна нулю, движущийся объект останется на той же скорости . Если нет равнодействующей силы, говорят, что система находится в равновесии.

Если результирующая сила не равна нулю, движущийся объект будет ускоряться или замедляться — в зависимости от направления результирующей силы:

• он будет ускоряться, если результирующая сила будет в том же направлении, что и объект
• он замедлится, если результирующая сила будет в противоположном направлении.

Обратите внимание, что объект также может изменить направление, например, если результирующая сила действует под углом.

Расчет ускорения

Вот уравнение, которое связывает ускорение с силой и массой:

сила = масса × ускорение

сила измеряется в ньютонах, N

масса измеряется в килограммах, кг

ускорение измеряется в метрах на секунду в квадрате, м / с ² .

Например, сила, необходимая для ускорения массы 10 кг на 5 м / с ² , равна

10 × 5 = 50 Н

Эта же сила может ускорить массу массой 1 кг на 50 м / с ² или массой 100 кг на 0.5 м / с ² .

Вы должны увидеть, что для ускорения большей массы требуется больше силы.

Треугольник, показывающий, что сила равна массе, умноженной на ускорение.

Треугольная диаграмма может помочь вам изменить формулу, чтобы вы могли рассчитать ускорение.

Вопрос

Самолет массой 1200 кг стартует с места и разгоняется по прямой горизонтальной взлетно-посадочной полосе. Авиационный двигатель создает постоянную тягу в 3400 Н. На самолет действует постоянная сила трения в 400 Н.

Рассчитайте ускорение самолета.

Показать ответ

m = 1200 кг

Двигатель = 3400 Н

Трение = 400 Н

F = (3400 — 400) = 3000 Н

F = ma

3000 = 1200 × a

a = 2,5 мс ^-2

В некоторых ситуациях силы на объект действуют более чем в одном измерении. Например, на самолет в полете действуют как минимум четыре силы:

• силы двигателя (горизонтальная сила)
• сопротивление воздуха (горизонтальная сила)
• Разное