science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe contactkracht te berekenen

Kracht, als fysica-concept, wordt beschreven door de tweede wet van Newton, die stelt dat versnelling ontstaat wanneer een kracht op een massa inwerkt. Wiskundig betekent dit F \u003d ma, hoewel het belangrijk is op te merken dat versnelling en kracht vectorgrootheden zijn (dwz ze hebben zowel een grootte als een richting in de driedimensionale ruimte), terwijl massa een scalaire hoeveelheid is (dat wil zeggen, het heeft een alleen magnitude). In standaardeenheden heeft kracht eenheden van Newton (N), massa gemeten in kilogram (kg) en versnelling wordt gemeten in vierkante meters per seconde (m /s 2).

Sommige krachten zijn niet-contactkrachten, wat betekent dat ze werken zonder dat de objecten die ze ervaren in direct contact met elkaar staan. Deze krachten omvatten zwaartekracht, de elektromagnetische kracht en interne nucleaire krachten. Contactkrachten daarentegen vereisen dat objecten elkaar raken, of dit nu slechts een moment is (zoals een bal die tegen een muur slaat en stuitert) of gedurende een langere periode (zoals een persoon die een band een heuvel oprolt) .

In de meeste contexten is de contactkracht op een bewegend object de vectorsom van normale en wrijvingskrachten. De wrijvingskracht werkt precies tegenover de bewegingsrichtingen, terwijl de normale kracht loodrecht op deze richting werkt als het object horizontaal ten opzichte van de zwaartekracht beweegt.
Stap 1: Bepaal de wrijvingskracht

Deze kracht is gelijk aan de wrijvingscoëfficiënt
μ tussen het object en het oppervlak vermenigvuldigd met het gewicht van het object, wat de massa is vermenigvuldigd met de zwaartekracht. Dus F f \u003d μmg. Vind de waarde van μ door het op te zoeken in een online grafiek zoals die bij Engineer's Edge. Opmerking: soms moet u de kinetische wrijvingscoëfficiënt gebruiken en op andere momenten moet u de statische wrijvingscoëfficiënt kennen.

Veronderstel voor dit probleem dat F f \u003d 5 Newton.
Stap 2: Bepaal de normale kracht

Deze kracht, F N, is gewoon de massa van het object maal de versnelling door de zwaartekracht maal de sinus van de hoek tussen de bewegingsrichting en de verticale zwaartekrachtsvector g, die een waarde heeft van 9,8 m /s 2. Neem voor dit probleem aan dat het object horizontaal beweegt, zodat de hoek tussen de bewegingsrichting en de zwaartekracht 90 graden is, wat een sinus van 1 heeft. Dus F mg voor de huidige doeleinden. (Als het object een helling af zou glijden die op 30 graden ten opzichte van de horizontaal was gericht, zou de normale kracht mg × sin (90 - 30) \u003d mg × sin 60 \u003d mg × 0.866 zijn.)

Voor dit probleem , veronderstel een massa van 10 kg. F N is daarom 10 kg × 9,8 m /s 2 \u003d 98 Newton.
Stap 3: Pas de stelling van Pythagoras toe om de grootte van de totale contactkracht te bepalen

de normale kracht F

(F N 2 + F f 2) (1/2),

welke hiervoor probleem is

(15 2 + 98 2) (1/2)

\u003d (225 + 9.604) (1/2)

\u003d 99.14 N.