Contenu
- Étape 1: Déterminer la force de friction
- Étape 2: Déterminer la force normale
- Étape 3: Appliquer le théorème de Pythagore pour déterminer la magnitude de la force de contact globale
La force, en tant que concept de physique, est décrite par la deuxième loi de Newtons, qui stipule que l'accélération se produit lorsqu'une force agit sur une masse. Mathématiquement, cela signifie F = ma, bien qu'il soit important de noter que l'accélération et la force sont des quantités vectorielles (c'est-à-dire qu'elles ont à la fois une grandeur et une direction dans un espace tridimensionnel) alors que la masse est une quantité scalaire (c'est-à-dire qu'elle a magnitude seulement). En unités standard, la force a des unités de Newton (N), la masse est mesurée en kilogrammes (kg) et l’accélération est mesurée en mètres par seconde carré (m / s2).
Certaines forces sont des forces sans contact, ce qui signifie qu'elles agissent sans que les objets qui les éprouvent soient en contact direct les uns avec les autres. Ces forces incluent la gravité, la force électromagnétique et les forces internucléaires. Les forces de contact, par contre, exigent que les objets se touchent, que ce soit pour un simple instant (comme une balle frappant et rebondissant contre un mur) ou sur une longue période (comme une personne roulant un pneu sur une colline). .
Dans la plupart des cas, la force de contact exercée sur un objet en mouvement est la somme vectorielle des forces normales et des forces de frottement. La force de friction agit exactement à l'opposé des directions du mouvement, tandis que la force normale agit perpendiculairement à cette direction si l'objet se déplace horizontalement par rapport à la gravité.
Étape 1: Déterminer la force de friction
Cette force est égale à la coefficient de friction µ entre l'objet et la surface multiplié par le poids de l'objet, qui est sa masse multipliée par la gravité. Donc FF = μmg. Recherchez la valeur de µ en la recherchant dans un graphique en ligne tel que celui de Engineers Edge. Remarque: Parfois, vous aurez besoin d'utiliser le coefficient de frottement cinétique et d'autres fois, vous aurez besoin de connaître le coefficient de frottement statique.
Supposons pour ce problème que FF = 5 Newtons.
Étape 2: Déterminer la force normale
Cette force, FN, est simplement la masse des objets multipliée par l'accélération de la gravité multipliée par le sinus de l'angle entre la direction du mouvement et le vecteur de gravité verticale g, qui a une valeur de 9,8 m / s2. Pour ce problème, supposons que l’objet se déplace horizontalement, l’angle entre la direction du mouvement et la gravité est donc de 90 degrés, ce qui a un sinus de 1. Donc FN = mg aux fins du présent. (Si l'objet glissait sur une rampe orientée à 30 degrés par rapport à l'horizontale, la force normale serait égale à mg × sin (90 - 30) = mg × sin 60 = mg × 0,866.)
Pour ce problème, supposons une masse de 10 kg. FN est donc 10 kg × 9,8 m / s2 = 98 Newtons.
Étape 3: Appliquer le théorème de Pythagore pour déterminer la magnitude de la force de contact globale
Si vous imaginez la force normale FN agissant vers le bas et la force de friction FF agissant horizontalement, le vecteur somme est l'hypoténuse le complète un triangle rectangle joignant ces vecteurs de force. Sa magnitude est donc:
(FN2 + FF2)(1/2) ,
qui pour ce problème est
(152 + 982) (1/2)
= (225 + 9,604)(1/2)
= 99,14 N.