Sådan beregnes kontaktstyrke

Indhold

• Trin 1: Bestem friktionsstyrken
• Trin 2: Bestem den normale kraft
• Trin 3: Anvend Pythagorean-sætningen for at bestemme størrelsen af ​​den samlede kontaktstyrke

Kraft, som et fysikbegreb, er beskrevet af Newtons anden lov, der siger, at acceleration resulterer, når en styrke virker på en masse. Matematisk betyder dette F = ma, selvom det er vigtigt at bemærke, at acceleration og kraft er vektormængder (dvs. de har både en størrelse og en retning i tredimensionelt rum), mens massen er en skalær mængde (dvs. den har en kun størrelse). I standardenheder har kraft enheder af Newton (N), masse i målt i kilogram (kg), og acceleration måles i meter pr. Sekund kvadrat (m / s²).

Nogle kræfter er ikke-kontakt kræfter, hvilket betyder, at de handler uden, at objekterne oplever dem er i direkte kontakt med hinanden. Disse kræfter inkluderer tyngdekraft, den elektromagnetiske kraft og internukleære kræfter. Kontaktstyrker kræver på den anden side genstande for at røre ved hinanden, hvad enten det er for et øjeblik (som f.eks. En bold, der slår og springer fra en væg) eller over en længere periode (f.eks. En person, der ruller et dæk op ad en bakke) .

I de fleste ulemper er kontaktkraften, der udøves på et bevægeligt objekt, vektorsummen af ​​normale og friktionskræfter. Friktionskraften virker nøjagtigt modsat bevægelsesretningerne, mens den normale kraft virker vinkelret på denne retning, hvis objektet bevæger sig vandret med hensyn til tyngdekraften.

Trin 1: Bestem friktionsstyrken

Denne kraft er lig med friktionskoefficient μ mellem objektet og overfladen ganget med objekternes vægt, hvilket er dens masse ganget med tyngdekraften. Således F_f = μmg Find værdien af ​​μ ved at slå den op i et onlinekort som det hos Engineers Edge. Bemærk: Nogle gange bliver du nødt til at bruge kinetisk friktionskoefficient, og andre gange bliver du nødt til at kende koefficienten for statisk friktion.

Antag for dette problem, at F_f = 5 Newton.

Trin 2: Bestem den normale kraft

Denne styrke, F_N, er simpelthen objekterne masse gange accelerationen på grund af tyngdekraften gange sinussen i vinklen mellem bevægelsesretningen og den lodrette tyngdekraftvektor g, som har en værdi på 9,8 m / s². For dette problem skal du antage, at objektet bevæger sig vandret, så vinklen mellem bevægelsesretningen og tyngdekraften er 90 grader, som har en sinus på 1. Således F_N = mg til nuværende formål. (Hvis objektet glider ned ad en rampe orienteret 30 grader mod vandret, ville den normale kraft være mg × sin (90 - 30) = mg × sin 60 = mg × 0,866.)

For dette problem antages en masse på 10 kg. F_N er derfor 10 kg × 9,8 m / s² = 98 Newton.

Trin 3: Anvend Pythagorean-sætningen for at bestemme størrelsen af ​​den samlede kontaktstyrke

Hvis du ser på den normale kraft F_N handler nedad og friktionskraften F_f virkende vandret, vektorsummen er hypotenusen, der fuldender en højre trekant, der forbinder disse kraftvektorer. Dets størrelse er således:

(F_N² + F_f²)^(1/2) ,

hvilket for dette problem er

(15² + 98²) ^(1/2)

= (225 + 9,604)^(1/2)

= 99,14 N.