Rychlý průvodce o vzorcích Net Force, příklady: Přečtěte si jako první!

by

Příklad čisté síly popisuje zrychlení objektu, když působí různé síly. Článek pojednává o různých příkladech čisté síly uvedených níže: 

Přečtěte si více o Net Force vs Force

Tlačící skříň

Pro jednu osobu je náročné posunout těžkou skříň dopředu. Předpokládejme, že vy a vaši přátelé A a B spolu tlačíte skříň ze stejného směru. Síla, kterou působíte, je 5N a váš přítel A a B působí silou 6N a 5N.

Sečtením všech sil 5 + 6 + 5 = 16N se ukáže, že čistá síla 16N zrychluje těžkou skříň dopředu.

Různé síly působící stejným směrem
Net Force zahrnuje síly
ve stejném směru
Příklad Net Force
Příklad Net Force

Padající koule

Předpokládejme, že když hodíme míč na oblohu, použijeme svalová síla 20N k němu, což zrychluje míč směrem nahoru s rostoucí rychlostí. Když vzduch táhne resp síla odporu vzduchu -25N překoná svalovou sílu, míč obrátí svůj směr a pohybuje se dolů s různým zrychlením.

Chcete-li určit zrychlení a směr padajících koulí, sečtete obě síly, 20 + (-25) = -5N, což ukazuje, že čistá síla -5N zrychluje míč směrem dolů k zemi.

padající koule

Přečtěte si o tématu Druhy sil

Stacionární skála

Těleso s hmotností zůstává v klidu, pokud na něj nepůsobí jakákoli působící síla. Takže když netlačíme nebo netáhneme stabilní kámen, nepůsobí tam žádná síla? Nebo je čistá síla na stacionárním kameni nulová?

Ať už je předmět v pohybu nebo v klidu nebo se pohybuje ve vzduchu nebo na zemi, vždy na něj působí jedna síla. tj, gravitační síla. Když se jakýkoli předmět pohybuje nebo spočívá na vodorovném povrchu, povrch působí normální síla nahoru na předmět.

Předpokládejme, že skála je v klidu na zemi nebo na povrchu kopce; normálová síla 15N působí vzhůru na skálu opačně než gravitační síla -20N. Sečtením všech párů vertikálních sil 15 + (-20) = -5N se zobrazí čistá síla -5N při pokusu urychlit kámen dolů na zem.

Přečtěte si více o Gravity Force.

Tlačící autíčko

Tlačení je jedním z typů aplikované síly. Předpokládejme, že dítě řídí autíčko po vodorovné podlaze působením tlačné síly 10 N a povrch podlahy rovněž působí posuvná třecí síla -6N, který odolává pohybu vozu.

Čistá síla zahrnuje třecí sílu
Čistá síla zahrnuje třecí sílu

Na autíčko působí gravitační síla -5N směrem dolů. Normálová síla 5N vyvíjená směrem nahoru povrchem podlahy na vůz je opačná než gravitace. Protože dvojice vertikálních sil, jako je gravitace a normálová síla působící na hračku, mají stejnou velikost a opačný směr, obě se navzájem ruší..

Sčítání páru horizontální síly na automobil, jako je aplikovaná a třecí síla, 10 + (-6) = 4N, ukazuje, že čistá síla 4N zrychluje autíčko vpřed.

Přečtěte si více o Kluzném tření

Chůze

Při chůzi nebo běhu působíme tlakovou silou na povrch země. Předpokládejme tlakovou sílu 8N; povrch země působí kluznou třecí silou -5N, která nám brání uklouznout na zemi při chůzi.

Při chůzi na nás vždy působí vertikální síly jako gravitační síla -6N a normálová síla 5N. Sečtením všech vodorovných a svislých sil (8 + (-5) + 5 + (-6) = 3-1= 2N se zobrazí, že čistá síla 2N při chůzi nás zrychluje vpřed.

chůze

Hrát golf

Předpokládejme, že když udeříte golfový míček golfovou holí nebo holí, použijete svalová síla 12N k tomu. Úderná koule nejprve rychle vyrazí do vzduchu, kde síla odporu vzduchu -6N sníží její pohyb. Jakmile se jeho rychlost sníží, spadne na zem.

Vzhledem k tomu, že míč po pádu navíc klouže po zemi, využívá valivé třecí síly -2N rovnoběžně s míčem, což ničí jeho valivý pohyb. Na golfový míček působí dvojice vertikálních sil, jako je gravitační síla -2N a normálová síla 2N, které se navzájem ruší.

Net Force zahrnuje čtyři síly
Net Force zahrnuje čtyři síly
(kredit: Shutterstock)

Sečtením všech zbývajících sil, 12 + (-6) + (-2) = 4N, se tedy ukáže, že čistá síla 4N zrychluje golfový míček vpřed.

Přečtěte si více o Rolling Friction.

Přetahování lanem

Hra přetahování lanem je založena na tom, kdo použije větší sílu než ostatní. Předpokládejme, že tým A působí na lano svalovou silou 20 N, zatímco tým B působí svalovou silou 15 N.

Lano také působí a napínací síla -10N na oba konce, aby nedošlo k jeho zlomení. 

Sečtením všech sil působících na lano, [(20+ (-10)) + (15+(-10)] = 15N, se zobrazí čistá síla 15N zrychlení lana směrem k týmu A.

Přečtěte si více o Tension Force.

Bungee jumping

Připojená šňůra během bungee jumpingu nám brání v úrazu a poskytuje nám vzrušující zážitek, když se odrazí zpět. 

Předpokládejme, že skočíte z výšky. Takže gravitační síla -10N působí směrem dolů na vás. Pak vás lano v určité vzdálenosti před zemí vytáhne nahoru použitím an elastická síla z 8N. Po vytažení nahoru do určité výšky, odpor vzduchu síla -8N vás opět vezme dolů spolu s lanem. 

Sečtením všech těchto vertikálních sil (-10) + 8 + (-8) = -10N se ukáže, že čistá síla -10N zrychluje vás dolů k zemi.

Přečtěte si více o Elastic Force.

Plavání

Když jste začali plavat, přemýšleli jste nad tím, kolik sil na vás působí a urychluje vás ve vodě vpřed, místo abyste se utopili? Předpokládejme, že aplikujeme svalovou sílu 10N jako a tah na vodě k pohybu vpřed.

Tekuté vrstvy vody působí kapalinová třecí síla -5N jako reakční síla, která brání našemu pohybu ve vodě. Ale tyto dvě síly nám k plavání nestačí. Při plavání na nás působí i dvojice vertikálních sil. Gravitační síla -10N působí směrem dolů, zatímco vrstvy tekutiny působí vztlak or výkupní síla 8N, díky čemuž můžeme plavat na vodě nebo ve vodě. 

Čistá síla při plavání
Čistá síla při plavání
(kredit: Výuka biomechaniky)

Sečtením všech sil, 10 + (-5) + 8 + (-10) = 5 + -2 = 3N, ukážeme, že síť 3N při plavání nás zrychluje vpřed.

Letoun

Stejně jako při plavání působí na letoun ze čtyř různých směrů čtyři různé síly, které jej urychlují, aby se mohl bezpečně pohybovat ve vzduchu. Předpokládejme, že letadlo používá tah 50 N k letu vpřed ve vzduchu, zatímco vzduch využívá odporovou sílu vzduchu -30N k letounu.

Dvojice vertikálních sil zahrnuje gravitační sílu -40N směrem dolů a a zvedací síla, je mechanická aerodynamická síla 35N vyvíjených pohybem letounu vzduchem, které kompenzují gravitační sílu.

Čistá síla v letadle
Čistá síla v letadle
(kredit: US stoleté výročí)

Sečtením všech čtyř sil, 50 + (-30) + 35 + (-40) = 20 -5 = 15N, se zobrazí, že síť 15N zrychluje letadlo k pohybu vpřed.

Jaro

Když pružinu stlačíme nebo natáhneme z její rovnovážné polohy, po uvolnění se vrátí do své výchozí polohy. Předpokládejme, že na pružinu působíme silou 20N tak, že ji natáhneme připevněnou kuličkou.

V reakci pružina vyvine opačnou sílu -22N a vrátí se do své původní polohy. Sečtením jak akční, tak reakční síly, 20 + (-22) = -2N, což ukazuje, že čistá síla -2N zrychluje pružinu dozadu.

Jaro

Přečtěte si více o Simple Harmonic Motion.

Skok do dálky

Chcete-li dokončit aktivity ve skoku do dálky, musíte nejprve zrychlit a poté zpomalit několik sil. Před skokem musíte uběhnout určitou vzdálenost, abyste získali hybnost. Předpokládejme, že aplikujete svalovou tlačnou sílu 8N na povrch země, zatímco země na vás vyvíjí kluzné tření -2N.

V bodě skoku opět aplikujete větší svalovou sílu 10N směrem nahoru na zem. Po skoku na vás působí odpor vzduchu -5N a gravitační síla -6N, které vás zrychlí směrem dolů. Po dokončení skoku znovu použijete svalovou tlakovou sílu 5N, abyste sklouzli po podlaze, když dosáhnete na zem. Tehdy země vyvíjí kluzné tření 10N, které postupně zastaví váš pohyb.

Čistá síla během skoku do dálky
Čistá síla během skoku do dálky
(kredit: Shutterstock)

Upravené prohlášení:

Abychom vypočítali celkovou čistou sílu vynaloženou během kompletní aktivity skoku do dálky, sečteme síly každé fáze skoku: ([8 + (-2)] + [10 + (-5) + (-6)] + [ 5 + (-6)] = 6 – 1 – 1 = 4N). Tento výpočet ukazuje, že čistá síla 4N nás při skoku urychlí vpřed.

Přepravní taška

Když chodíte po podlaze a nosíte svou těžkou tašku na zádech, taška a vaše tělo zažívají různé síťové síly.

Předpokládejme, že působíte tlačnou silou 10N na přízemí, na které působí třecí síla -5N. Vzhledem k tomu, že chodíte po podlaze, je to namáhavé gravitační síla -5N a normálová síla 5N se vzájemně ruší. Sečtení dvojice horizontálních sil, 15 + (-5) = 10N, tedy znamená, že čistá síla 10N vás urychlí k pohybu vpřed.

Pro přenášení těžké tašky vyrovnáte gravitační sílu -5N na tašku použitím svalové síly 10N. Čistá síla 5N tedy působí na tašku, která ji urychluje vpřed spolu s vámi.

Když mluvíme o čisté síle působící na vás, kdo nesete těžký pytel, přidáme čistou sílu na nás a pytel jako, 10N + 5 = 15N. To jsme se naučili k chůzi s jakoukoliv váhou potřebovala velkou síťovou sílu, než je čistá síla potřebná k chůzi.

Nabitý balón

Předpokládejme, že jsme nabili balónek a plastovou hůl třením o zvířecí srst. Pokud bychom vyhodili nabitý balónek do vzduchu a drželi pod ním nabitou plastovou tyč, balón by se nevzdal od tyče ani by se v určité vzdálenosti nevznesl.

Předpokládejme elektrická síla 10N mezi balonkem a protějškem tyčky na gravitační sílu balonku -10N.

Net Force zahrnuje elektrostatickou sílu
Net Force zahrnuje elektrostatickou sílu

Protože se elektrická síla a gravitační síla navzájem ruší, čistá síla na nabitý balónek je nulová. To proto, že balónek se naváže na hůl a neuteče z ní.

Rolovací auto na kopci

Předpokládejme bez tření silnice je postavena na svažitém kopci. Jaká tedy bude síla působící na auto o hmotnosti 1 kg zrychlující se dolů na takové kopcovité silnici se sklonem 30°? Když se objekt pohybuje po vodorovném povrchu, gravitační síla objektu je mg. Ale když se objekt pohybuje v nakloněné rovině bez tření, gravitační síla se rozdělí na dvě složky.

Jedna složka gravitační síly mgcosθ¸ kolmo k jedoucímu autu ruší normálovou sílu. Proto další složka gravitační síly mgsinθ¸ rovnoběžná s vozem je jediná čistá síla (mgsinθ¸ = 1 x 9.8 x sing30° = 4.9 N). zrychluje vůz na nakloněné vozovce bez tření.

Přečtěte si více o nakloněné rovině

Běžící vlak

Pro strojvedoucího je obtížné najít různé síly působící na vlak. Ale musí pochopit hmotnost vlaku a rychlost zrychlení.

Předpokládejme, že vlak o hmotnosti 500 kg jede rychlostí 20 m/s, pak podle Newtonův druhý zákon pohybu, čistá síla působící na jedoucí vlak Fsíť = ma = 500 x 20 = 1000 N.

vlak

Přečtěte si více o tom, jak vypočítat hmotnost ze síly.

Také čtení:

     

Komentáře jsou uzavřeny.