כיצד לחשב כוח קשר

תוֹכֶן

• שלב 1: קבע את כוח החיכוך
• שלב 2: קבע את הכוח הנורמלי
• שלב 3: החל את משפט הפיתגורס כדי לקבוע את גודל כוח המגע הכולל

כוח, כמושג פיסיקה, מתואר על ידי החוק השני של ניוטון, הקובע כי ההאצה נובעת כאשר כוח פועל על מסה. מבחינה מתמטית פירוש הדבר הוא F = ma, למרות שחשוב לציין כי האצה וכוח הם כמויות וקטוריות (כלומר, יש להן גם גודל וגם כיוון במרחב תלת ממדי) ואילו המסה היא כמות סקלרית (כלומר, יש לה גודל בלבד). ביחידות סטנדרטיות, בכוח יש יחידות של ניוטון (N), מסה במדוד בקילוגרמים (קילוגרם), ותאוצה נמדדת במטר לשנייה בריבוע (m / s²).

כוחות מסוימים הם כוחות ללא מגע, כלומר הם פועלים מבלי שהאובייקטים החווים אותם בקשר ישיר זה עם זה. כוחות אלה כוללים כוח משיכה, הכוח האלקטרומגנטי וכוחות פנים-גרעיניים. לעומת זאת, כוחות המגע מחייבים חפצים לגעת זה בזה, בין אם זה לרגע סתם (כמו כדור מכה ומקפץ מעל החומה) או לאורך תקופה ממושכת (למשל אדם המגלגל צמיג במעלה הגבעה) .

לרוב חסרונות, כוח המגע המופעל על עצם נע הוא הסכום הווקטורי של כוחות נורמליים וחיכוכים. כוח החיכוך פועל בדיוק מול כיווני התנועה, ואילו הכוח הנורמלי פועל בניצב לכיוון זה אם האובייקט נע אופקית ביחס לכוח הכבידה.

שלב 1: קבע את כוח החיכוך

כוח זה שווה ל מקדם חיכוך μ בין העצם למשטח כפול במשקל העצמים, שהוא המסה שלו כפול כוח המשיכה. כך F_ו = מיקרוגרם. מצא את הערך של מיקרו על ידי חיפוש אותו בתרשים מקוון כמו זה ב- Engineers Edge. הערה: לפעמים תצטרך להשתמש במקדם החיכוך הקינטי ובמועדים אחרים תצטרך לדעת את מקדם החיכוך הסטטי.

נניח לבעיה זו ש- F_ו = 5 ניוטונים.

שלב 2: קבע את הכוח הנורמלי

הכוח הזה, פ_נ, הוא פשוט האובייקטים שמסה כפולת ההאצה כתוצאה מכוח הכבידה בסינוס הזווית בין כיוון התנועה לבין וקטור הכבידה האנכי g, שיש לו ערך של 9.8 מ / ש². לבעיה זו, נניח שהאובייקט נע אופקית, כך שהזווית בין כיוון התנועה לכוח הכבידה היא 90 מעלות, שיש לו סינוס של 1. כך F_נ = מ"ג למטרות נוכחיות. (אם החפץ היה מחליק במורד כבש המכוון 30 מעלות לאופק, הכוח הנורמלי היה mg × sin (90 - 30) = mg × sin 60 = mg × 0.866.)

לבעיה זו נניח מסה של 10 ק"ג. ו_נ לפיכך הוא 10 ק"ג × 9.8 מ"ש² = 98 ניוטון.

שלב 3: החל את משפט הפיתגורס כדי לקבוע את גודל כוח המגע הכולל

אם אתה מדמיין את הכוח הנורמלי F_נ פועל כלפי מטה וכוח החיכוך F_ו הפועל בצורה אופקית, סכום הווקטור הוא צמצום המשני שמשלים משולש ימין המצטרף לווקטורי הכוח האלה. עוצמתו היא אם כן:

(פ_נ² + ו_ו²)^(1/2) ,

אשר לבעיה זו

(15² + 98²) ^(1/2)

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

= 99.14 נ.