接触力の計算方法

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著者: John Stephens
作成日: 25 1月 2021
更新日: 20 11月 2024
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【物理基礎】 運動と力19 重力と接触力 (18分)
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物理学の概念としての力は、力が質量に作用すると加速が生じると述べるニュートンの第2法則によって記述されています。数学的には、これはF = maを意味しますが、質量とスカラー量(すなわち、マグニチュードのみ)。標準単位では、力の単位はニュートン(N)、質量はキログラム(kg)で、加速度はメートル/秒2乗(m / s)で測定されます2).

一部の力は非接触力です。つまり、経験する物体が互いに直接接触することなく作用します。これらの力には、重力、電磁力、核間力が含まれます。一方、接触力は、オブジェクトが互いに触れ合うことを必要とします。これは、ほんの一瞬(ボールが壁に当たって跳ね返るなど)または長時間(タイヤを丘の上で転がすなど) 。

ほとんどの短所では、移動するオブジェクトに加えられる接触力は、法線力と摩擦力のベクトル和です。摩擦力は動きの方向とまったく反対に作用しますが、オブジェクトが重力に対して水平に動いている場合、法線力はこの方向に垂直に作用します。

ステップ1:摩擦力の決定

この力は 摩擦係数 オブジェクトとサーフェスの間のμにオブジェクトの重量を掛けたもの。これは、その質量に重力を掛けたものです。したがって、Ff =μmg。 μの値を見つけるには、Engineers Edgeのようなオンラインチャートで調べます。 注意: 動摩擦係数を使用する必要がある場合もあれば、静摩擦係数を知る必要がある場合もあります。

この問題に対して、Ff = 5ニュートン。

ステップ2:法線力の決定

この力、FN、単にオブジェクトの質量に重力による加速度を掛けたものに、動きの方向と9.8 m / sの値を持つ垂直重力ベクトルgの間の角度のサインを掛けたものです。2。この問題では、オブジェクトが水平方向に移動していると仮定します。したがって、運動の方向と重力の間の角度は90度で、サインは1です。したがって、FN =現在の目的ではmg。 (対象物が水平に対して30度の傾斜を滑り落ちる場合、垂直力はmg×sin(90-30)= mg×sin 60 = mg×0.866になります。)

この問題では、10 kgの質量を想定しています。 FN したがって、10 kg×9.8 m / s2 = 98ニュートン。

ステップ3:ピタゴラスの定理を適用して、全体的な接触力の大きさを決定する

法線力Fを想像するとN 下向きに作用し、摩擦力Ff 水平方向に作用するベクトル合計は、これらの力ベクトルを結合する直角三角形を完成する斜辺です。したがって、その大きさは次のとおりです。

(FN2 + Ff2)(1/2) ,

この問題は

(152 + 982) (1/2)

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

= 99.14 N