Jak zjistit velikost čisté síly: 3 scénáře vyřešeny!

by

Ve fyzice je pochopení velikosti čisté síly klíčové pro analýzu pohybu objektů. čistá síla se týká kombinovaného účinku všech sil působících na objekt. V tomto blogovém příspěvku prozkoumáme, jak vypočítat velikost čisté síly, určit její směr a vypočítat velikost výsledné síly. Pokryjeme koncepty, vzorce a poskytneme vypracované příklady, které vám pomohou rychle a snadno pochopit základní myšlenky. Pojďme se tedy ponořit do světa sil a naučit se, jak zjistit velikost čisté síly krok za krokem.

čistá síla

Jak vypočítat velikost čisté síly

Identifikace sil působících na objekt

Abychom vypočítali velikost čisté síly, musíme nejprve identifikovat všechny síly působící na objekt. síly lze rozdělit do různých typů, jako je gravitační síla, třecí síla, normální sílaa aplikoval sílu. Každá síla má své vlastní jedinečné vlastnosti a mohou působit buď ve stejném směru, nebo v opačných směrech.

Pochopení směru sil

Před výpočtem velikosti čisté síly je nezbytné pochopit směr sil. síly jsou vektorové veličiny, což znamená, že mají velikost i směr. Abychom určili čistou sílu, musíme vzít v úvahu znaménko nebo směr každé síly. síly působící ve stejném směru lze sčítat, zatímco síly působící v opačných směrech lze od sebe odečítat.

Matematický přístup k výpočtu čisté síly

Čistá síla je vektorový součet všech sil působících na objekt. Pro výpočet velikosti čisté síly můžeme použít následující vzorec:

Čistá síla = F_1 + F_2 + F_3 + ... + F_n

Zde (F_1, F_2, F_3, …, F_n) představují jednotlivé síly působící na objekt. Čistá síla je součtem všech těchto sil.

Vypracované příklady hledání velikosti čisté síly

Příklad výpočtu čisté síly při lineárním pohybu

Podívejme se na příklad, který ilustruje, jak vypočítat velikost čisté síly při lineárním pohybu. Předpokládejme, že na automobil působí dvě síly: aplikovaná síla 500 N v dopředném směru a třecí síla 200 N v opačném směru. Abychom našli čistou sílu, můžeme odečíst třecí sílu od působící síly:

 

Čistá síla = 500 N - 200 N = 300 N

Proto velikost čisté síly působící na vůz je 300 N.

Příklad výpočtu čisté síly při kruhovém pohybu

čistá síla v kruhovém pohybu

Při kruhovém pohybu zažívá objekt síťovou sílu směrem ke středu kruhu, známou jako dostředivá síla. Uvažujme příklad, kdy se automobil pohybuje po kruhové dráze o poloměru 10 metrů konstantní rychlostí 20 m/s. Hmotnost vozu je 1000 kg. Pro výpočet velikosti čisté síly můžeme použít vzorec:

Čistá síla = frac{m cdot v^2}{r}

Dosazením zadaných hodnot máme:

Čistá síla = frac{1000 kg cdot (20 m/s)^2}{10 m} = 40000 N

Velikost čisté síly působící na auto při kruhovém pohybu je tedy 40000 XNUMX N.

Příklad výpočtu čisté síly bez zrychlení

Někdy může objekt zažít síly, které se navzájem ruší, takže výsledná síla není žádná. Uvažujme příklad, kdy krabice spočívá na stole. Hmotnost krabice je 50 N a normálová síla vyvíjená stolem je také 50 N v opačném směru. Protože tyto dvě síly jsou stejné velikosti, ale opačného směru, čistá síla působící na krabici je nulová. V tomto případě box zůstává v rovnováze a nezrychluje se.

Jak určit velikost a směr čisté síly

Pochopení konceptu směru ve fyzice

Ve fyzice hraje směr zásadní roli při zvažování sil. Když síly působí ve stejném směru, lze jejich velikosti sečíst, abychom našli čistou sílu. Když však síly působí v opačných směrech, lze jejich velikosti odečíst a určit čistou sílu.

Kroky k určení směru síťové síly

Chcete-li určit směr čisté síly, můžete provést následující kroky:

  1. Identifikujte všechny síly působící na předmět.
  2. Přiřaďte každé síle kladná (+) nebo záporná (-) znaménka v závislosti na jejich směru.
  3. Přidejte velikosti sil s příslušnými znaménky.
  4. Výsledné znaménko (+ nebo -) bude udávat směr čisté síly.

Vypracovaný příklad hledání směru čisté síly

Podívejme se na příklad, abychom pochopili, jak najít směr čisté síly. Předpokládejme, že na objekt působí síla 100 N v kladném směru x a třecí síla 50 N v záporném směru x. Abychom našli směr čisté síly, odečteme velikost třecí síly od působící síly:

 

Čistá síla = 100 N - 50 N = 50 N

Protože velikost čisté síly je kladná, můžeme usoudit, že čistá síla působí v kladném směru x.

Jak vypočítat velikost výsledné síly

Pochopení konceptu výsledné síly

Výsledná síla je jediná síla, která má stejný účinek jako všechny jednotlivé síly působící na objekt. Představuje kombinovaný účinek více sil. Pro výpočet velikosti výsledné síly musíme uvažovat jak velikost, tak směr jednotlivých sil.

Matematický přístup k výpočtu výsledné síly

Pro výpočet velikosti výsledné síly můžeme použít vektorové sčítání. Pro dvě síly, (F_1) a (F_2), působící pod úhlem (theta) vůči sobě, je vzorec pro výpočet výsledné síly:

Výsledná síla = sqrt{F_1^2 + F_2^2 + 2 cdot F_1 cdot F_2 cdot cos(theta)}

Zde (cos(theta)) představuje kosinus úhlu mezi dvěma silami.

Vypracovaný příklad na zjištění velikosti výsledné síly

Uvažujme příklad pro ilustraci, jak vypočítat velikost výsledné síly. Předpokládejme, že dvě síly (F_1) a (F_2) působí na objekt pod úhlem 60 stupňů. Pokud (F_1) je 50 N a (F_2) je 30 N, můžeme vypočítat velikost výsledné síly pomocí výše uvedeného vzorce:

Výsledná síla = sqrt{(50 N)^2 + (30 N)^2 + 2 cdot (50 N) cdot (30 N) cdot cos(60^circ)}

Zjednodušením rovnice dostaneme:

Výsledná síla = sqrt{2500 N^2 + 900 N^2 + 3000 N^2} = sqrt{6400 N^2} = 80 N

Proto je velikost výsledné síly 80 N.

Pamatujte, že pochopení pojmů, vzorců a kroků pro výpočet čisté síly, jejího směru a výsledné síly je nezbytné pro efektivní řešení fyzikálních problémů. Aplikováním těchto principů můžete analyzovat pohyb objektů a získat hlubší pochopení sil, které ve hře působí. S praxí a pečlivým zvážením se stanete zdatnějšími v hledání velikosti čisté síly a interpretaci jejích důsledků v různých scénářích.

Stručná fakta

Otázka: Jak zjistíte čistou sílu objektu pomocí rovnice čisté síly?

A: Chcete-li najít čistou sílu působící na objekt, jednoduše sečtete všechny silové vektory působící na objekt. Pokud některé síly působí v opačných směrech, účinně se částečně nebo zcela vyruší. Tento proces zahrnuje pochopení toho, jak správně sčítat vektory, které berou v úvahu jak velikost síly, tak její směr.

Otázka: Můžete vysvětlit definici čisté síly?

A: Definice čisté síly je vektorový součet všech sil působících na objekt. Jednodušeji řečeno, čistá síla je součtem všech tlačných a tahových sil působících na objekt. Pokud se všechny síly navzájem vyruší, čistá síla je nulová a objekt zůstane stát nebo se bude pohybovat stálou rychlostí. Pokud se síly navzájem nevyruší, výsledná síla je nevyvážená síla a objekt se zrychlí.

Otázka: Jak vypadá diagram čisté síly?

Odpověď: V čistém silovém diagramu, známém také jako silový diagram, se k reprezentaci sil používají vektory. Délka každého vektoru odpovídá velikosti síly a jeho směr odpovídá směru síly. Čistá síla je reprezentována výsledným vektorem, získaným z vektorového součtu jednotlivých sil.

diagram čisté síly

Otázka: Můžete uvést příklady aplikací síťové síly?

A: Představte si, že hrajete přetahovanou. Tým, který použije větší sílu ve svém směru, přiměje lano k pohybu směrem k nim. Čistá síla je v tomto případě rozdílem mezi silami obou týmů. Dalším příkladem by bylo tlačení bloku na povrch. Pokud zatlačíte blok a tření ho zatlačí zpět, bude čistá síla rozdílem mezi vaší silou a třecí silou.

čistá síla v kruhovém pohybu

 

 

Otázka: Co se stane, když na objekt působí jediná síla?

Odpověď: Když na objekt působí jediná síla a nejsou přítomny žádné jiné síly nebo pokud jsou všechny ostatní síly dokonale vyváženy, čistá síla působící na objekt je rovna této jediné síle. Objekt se bude zrychlovat ve směru čisté síly podle druhého Newtonova zákona pohybu.

Otázka: Mohl byste vysvětlit zrychlení objektu pomocí vzorce čisté síly a rovnice síly?

zrychlení od čisté síly

A: Jasně! Druhý Newtonův zákon říká, že čistá síla působící na objekt se rovná hmotnosti objektu vynásobené jeho zrychlením. To lze vyjádřit jako F = ma, kde F je čistá síla, m je hmotnost objektu a a je jeho zrychlení. Chcete-li vyřešit zrychlení, upravte rovnici jako a = F/m. To znamená, že zrychlení objektu se rovná čisté síle působící na objekt dělené jeho hmotností.

Otázka: Co představují horizontální a vertikální složky vektoru síly?

A: Libovolný vektor síly lze rozdělit na vertikální a horizontální složky. Vertikální složka síly představuje sílu působící ve směru nahoru a dolů, zatímco horizontální složka představuje sílu působící ve směru doleva a doprava. Tyto komponenty jsou zvláště důležité v případech, kdy síly působí pod úhly.

Otázka: Dokážete vypočítat velikost síly pomocí horizontálních a vertikálních složek?

A: Ano, můžete. Velikost síly lze vypočítat tak, že se vezme druhá odmocnina součtu čtverců jejích horizontálních a vertikálních složek. Tato aplikace vychází z Pythagorovy věty.

Vzorec pro výpočet velikosti (F) síly pomocí její horizontální (F_x) a vertikální (F_y) složky je:

F = sqrt{F_x^2 + F_y^2}

Rozpracovaný příklad:

Předpokládejme, že máme sílu s vodorovnou složkou 6 N a svislou složkou 8 N. Pro zjištění velikosti této síly použijeme výše uvedený vzorec.

Krok 1: Srovnejte součásti: F_x^2 = (6 , text{N})^2 = 36 , text{N}^2 F_y^2 = (8 , text{N})^2 = 64 , text{N}^2

Krok 2: Přidejte čtverce součástí: F_x^2 + F_y^2 = 36 , text{N}^2 + 64 , text{N}^2 = 100 , text{N}^2

Krok 3: Odeberte druhou odmocninu součtu a zjistěte velikost: F = sqrt{100 , text{N}^2} = 10 , text{N}

Proto je velikost síly 10 N.

Otázka: Proč je důležitý směr čisté síly?

Odpověď: Směr čisté síly je důležitý, protože síla je vektorová veličina, což znamená, že má velikost i směr. Směr čisté síly určuje směr zrychlení nebo pohybu objektu.