Come calcolare la forza di contatto

Contenuto

• Passaggio 1: determinare la forza di attrito
• Passaggio 2: determinare la forza normale
• Passaggio 3: applicare il teorema di Pitagora per determinare l'entità della forza di contatto complessiva

La forza, come concetto di fisica, è descritta dalla seconda legge di Newton, che afferma che l'accelerazione si verifica quando una forza agisce su una massa. Matematicamente, questo significa F = ma, sebbene sia importante notare che l'accelerazione e la forza sono quantità vettoriali (cioè, hanno sia una grandezza che una direzione nello spazio tridimensionale) mentre la massa è una quantità scalare (cioè ha un solo magnitudo). Nelle unità standard, la forza ha unità di Newton (N), la massa è misurata in chilogrammi (kg) e l'accelerazione è misurata in metri al secondo al quadrato (m / s²).

Alcune forze sono forze senza contatto, nel senso che agiscono senza che gli oggetti che le vivono siano in contatto diretto tra loro. Queste forze includono la gravità, la forza elettromagnetica e le forze internucleari. Le forze di contatto, d'altra parte, richiedono che gli oggetti si tocchino l'un l'altro, sia questo per un semplice istante (come una palla che colpisce e rimbalza su un muro) o per un lungo periodo (come una persona che fa rotolare una gomma su una collina) .

Nella maggior parte dei contro, la forza di contatto esercitata su un oggetto in movimento è la somma vettoriale delle forze normali e di attrito. La forza di attrito agisce esattamente di fronte alle direzioni del moto, mentre la forza normale agisce perpendicolarmente a questa direzione se l'oggetto si muove in senso orizzontale rispetto alla gravità.

Passaggio 1: determinare la forza di attrito

Questa forza è uguale al coefficiente di attrito μ tra l'oggetto e la superficie moltiplicato per il peso degli oggetti, che è la sua massa moltiplicata per gravità. Quindi F_f = μmg. Trova il valore di μ osservandolo in un grafico online come quello di Engineers Edge. Nota: A volte è necessario utilizzare il coefficiente di attrito cinetico e altre volte è necessario conoscere il coefficiente di attrito statico.

Supponiamo per questo problema che F_f = 5 Newton.

Passaggio 2: determinare la forza normale

Questa forza, F_N, è semplicemente la massa degli oggetti per l'accelerazione dovuta alla gravità moltiplicata per il seno dell'angolo tra la direzione del movimento e il vettore di gravità verticale g, che ha un valore di 9,8 m / s². Per questo problema, supponiamo che l'oggetto si muova in orizzontale, quindi l'angolo tra la direzione del movimento e la gravità è di 90 gradi, che ha un seno di 1. Quindi F_N = mg per gli scopi attuali. (Se l'oggetto scivolasse giù da una rampa orientata di 30 gradi rispetto all'orizzontale, la forza normale sarebbe mg × sin (90-30) = mg × sin 60 = mg × 0,866).

Per questo problema, assumere una massa di 10 kg. F_N è quindi 10 kg × 9,8 m / s² = 98 Newton.

Passaggio 3: applicare il teorema di Pitagora per determinare l'entità della forza di contatto complessiva

Se immagini la forza normale F_N agire verso il basso e la forza di attrito F_f agendo in senso orizzontale, la somma dei vettori è l'ipotenusa che completa un triangolo rettangolo che unisce questi vettori di forza. La sua grandezza è quindi:

(F_N² + F_f²)^(1/2) ,

quale per questo problema è

(15² + 98²) ^(1/2)

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

= 99.14 N.