Jak vypočítat rychlost ze síly a hmotnosti: 11 faktů, které byste měli vědět

Jak vypočítat rychlost ze síly a hmotnosti

V tomto příspěvku na blogu se ponoříme do fascinujícího světa fyziky a naučíme se, jak vypočítat rychlost objektu pomocí síly a hmotnosti. Pochopení tohoto konceptu je klíčové pro pochopení základních principů pohybu a toho, jak se objekty chovají v různých scénářích. Takže, pojďme začít!

Pochopení základních pojmů

Než se ponoříme do výpočtů, seznamme se s několika klíčovými pojmy:

1. Definice rychlosti

Rychlost lze definovat jako rychlost, kterou objekt urazí vzdálenost za daný čas. Říká nám, jak rychle se objekt pohybuje, a obvykle se měří v metrech za sekundu m / s nebo kilometry za hodinu km / h. Rychlost je skalární veličina, což znamená, že má pouze velikost a žádný směr.

2. Definice síly

Síla je na druhé straně vektorová veličina, která popisuje interakci mezi dvěma objekty. Může způsobit zrychlení, zpomalení nebo změnu směru objektu. Síla se měří v Newtonech N a je reprezentován symbolem „F“.

3. Definice mše

hmotnost označuje množství hmoty, kterou předmět obsahuje. Je to skalární veličina a obvykle se měří v kilogramech kg. Hmotnost objektu zůstává konstantní bez ohledu na jeho umístění ve vesmíru.

Vztah mezi silou, hmotností a rychlostí

Abychom pochopili, jak síla a hmota přispívají k rychlosti objektu, musíme prozkoumat druhý Newtonův pohybový zákon a roli zrychlení.

1. Druhý Newtonův pohybový zákon

Druhý Newtonův zákon říká, že zrychlení objektu je přímo úměrné čisté síle, která na něj působí, a nepřímo úměrné jeho hmotnosti. Matematicky můžeme tento vztah vyjádřit rovnicí:

F = ma

Kde:
- F představuje sílu působící na předmět,
- m představuje hmotnost předmětu a
- a představuje zrychlení.

2. Role zrychlení

zrychlení je rychlost, kterou se mění rychlost objektu v průběhu času. Je to také vektorová veličina a obvykle se měří v metrech za sekundu na druhou m / s². V kontextu výpočtu rychlosti hraje zrychlení klíčovou roli, protože určuje, jak rychle se mění rychlost objektu.

Přeuspořádáním vzorce pro druhý Newtonův zákon můžeme vyřešit zrychlení:

a = frac{F}{m}

Nyní, když jsme pochopili základní pojmy, přejděme ke krokům spojeným s výpočtem rychlosti ze síly a hmotnosti.

Kroky pro výpočet rychlosti ze síly a hmotnosti

Výpočet rychlosti objektu vyžaduje vícestupňový přístup. Rozdělíme to na dvě hlavní složky: výpočet zrychlení ze síly a hmotnosti a potom výpočet rychlosti ze zrychlení a času.

A. Výpočet zrychlení ze síly a hmotnosti

K nalezení zrychlení použijeme vzorec odvozený z druhého Newtonova zákona:

a = frac{F}{m}

1. Vzorec pro zrychlení

Akcelerace a lze určit dělením síly F působící na předmět svou hmotou m. Výsledná hodnota bude představovat rychlost, kterou se mění rychlost objektu. Pamatujte, že síla se měří v Newtonech N a hmotnost v kilogramech kg.

2. Vypracovaný příklad

Uvažujme příklad pro ilustraci výpočtu zrychlení. Předpokládejme, že máme předmět o hmotnosti 5 kg a působící na něj silou 20 N. Pomocí výše uvedeného vzorce můžeme vypočítat zrychlení takto:

a = frac{F}{m} = frac{20 , text{N}}{5 , text{kg}} = 4 , text{m/s²}

Takže zrychlení objektu je 4 m/s².

B. Výpočet rychlosti ze zrychlení a času

Jakmile máme zrychlení, můžeme přistoupit k výpočtu rychlosti objektu. K tomu použijeme vzorec pro rychlost:

v = at

1. Vzorec pro rychlost

Rychlost v lze získat vynásobením zrychlení a mezitím t pro které je objekt vystaven tomuto zrychlení. zrychlení se měří v metrech za sekundu na druhou m / s²a čas se měří v sekundách s.

2. Vypracovaný příklad

Pokračujme v našem příkladu a vypočítejme rychlost objektu. Předpokládejme, že objekt je vystaven zrychlení 4 m/s² po dobu 6 sekund. Vložením hodnot do vzorce dostaneme:

v = at = 4 , text{m/s²} krát 6 , text{s} = 24 , text{m/s}

Rychlost objektu je tedy 24 m/s.

Další úvahy při výpočtu rychlosti ze síly a hmotnosti

Zatímco výše uvedené kroky poskytují základní pochopení výpočtu rychlosti, existuje několik dalších faktorů, které bychom měli vzít v úvahu pro komplexnější analýzu.

A. Výpočet počáteční a konečné rychlosti

V některých scénářích může být nutné vypočítat počáteční nebo konečnou rychlost objektu namísto jeho průměrné rychlosti. Počáteční rychlost v_i odkazuje na rychlost objektu na začátku daného časového období, zatímco konečnou rychlost VF představuje jeho rychlost na konci tohoto časového období.

Chcete-li vypočítat počáteční nebo konečnou rychlost, musíte znát buď zrychlení objektu a, čas t pro které je zrychlení aplikováno, a jeho počáteční nebo konečnou rychlost v_i or VF. Pro výpočet neznámé rychlosti můžete použít následující vzorce:

Pro počáteční rychlost v_i:

v_i = v_f - at

Pro konečnou rychlost VF:

v_f = v_i + at

B. Výpočet rychlosti pomocí síly, hmotnosti a vzdálenosti

Někdy můžete narazit na situace, kdy potřebujete vypočítat rychlost objektu pomocí síly, hmotnosti a vzdálenosti. V takových případech můžete pro výpočet využít koncept principu práce a energie.

1. Role vzdálenosti ve výpočtu rychlosti

Vzdálenost, kterou objekt urazí, hraje významnou roli při určování jeho rychlosti. Pomáhá nám pochopit, jak daleko se objekt pod vlivem působící síly posunul.

2. Jak vypočítat rychlost se vzdáleností

Chcete-li vypočítat rychlost pomocí síly, hmotnosti a vzdálenosti, musíte vzít v úvahu koncept vykonané práce. Vykonaná práce je produktem síly a přemístění. Lze jej vypočítat pomocí vzorce:

W = Fd

kde:
- W představuje vykonanou práci,
- F představuje použitou sílu a
- d představuje ujetou vzdálenost.

Použitím principu práce-energie můžeme vztáhnout vykonanou práci ke kinetické energii objektu. Vzorec pro kinetickou energii KE je:

KE = frac{1}{2}mv^2

kde:
- m představuje hmotnost předmětu a
- v představuje rychlost objektu.

Nyní můžeme přirovnat vykonanou práci ke změně kinetické energie:

W = Delta KE

Dosazením vzorce za vykonanou práci a kinetickou energii získáme:

Fd = frac{1}{2}mv^2

Zjednodušením rovnice zjistíme:

v = sqrt{frac{2Fd}{m}}

Zde můžeme vypočítat rychlost v tím, že zná sílu F, vzdálenost da hmotnost m objektu.

Jak souvisí čistá síla s výpočtem rychlosti ze síly a hmotnosti?

Projekt „Srovnání mezi Net Force a Force“ vysvětluje rozdíl mezi čistou silou a silou. Čistá síla je vektorový součet všech jednotlivých sil působících na předmět, zatímco síla se vztahuje k jedinému tlaku nebo tahu vyvíjenému na předmět. Při výpočtu rychlosti ze síly a hmotnosti se pojem čisté síly stává zásadním. Využitím druhého Newtonova zákona (F = ma) můžeme určit čistou sílu vynásobením hmotnosti a zrychlení. Tato čistá síla pak může být použita k výpočtu rychlosti pomocí rovnice v = u + at, kde v představuje konečnou rychlost, u označuje počáteční rychlost, a označuje zrychlení a t představuje čas.

Časté chyby a mylné představy při výpočtu rychlosti ze síly a hmotnosti

Při výpočtu rychlosti ze síly a hmotnosti je důležité si uvědomit běžné mylné představy a chyby, které mohou nastat. Pojďme se věnovat několika z nich:

A. Mylná představa o zaměnitelnosti rychlosti a rychlosti

rychlost a rychlost se v běžném jazyce často používají zaměnitelně, ale ve fyzice mají odlišné významy. Zatímco rychlost bere v úvahu pouze velikost pohybu objektu, rychlost bere v úvahu velikost i směr. Při výpočtu rychlosti nezapomeňte vzít v úvahu její skalární povahu a to, že nebere v úvahu směr.

B. Běžné chyby při používání vzorců

Při práci se vzorci je snadné dělat chyby. Mezi běžné chyby patří použití nesprávných jednotek, nesprávné umístění desetinných teček nebo nesprávná interpretace daných hodnot. Abyste se těmto chybám vyhnuli, znovu zkontrolujte své výpočty, věnujte pozornost převodům jednotek a pečlivě analyzujte poskytnuté informace.

A tady to máte! Probrali jsme kroky spojené s výpočtem rychlosti ze síly a hmotnosti, stejně jako další úvahy a běžné chyby. S ohledem na tyto koncepty nyní můžete s jistotou používat vzorce a rovnice k řešení různých problémů souvisejících s rychlostí. Fyzika a matematika jsou fascinující předměty a pochopení principů pohybu může otevřít zcela nový svět znalostí. Pokračujte ve cvičení a brzy budete profesionálem ve výpočtu rychlosti ze síly a hmotnosti!

Také čtení:

Zanechat komentář