So finden Sie die Netzkraft – 9 Schritte (mit Bildern)

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So finden Sie die Netzkraft – 9 Schritte (mit Bildern)
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Anonim

Die Nettokraft ist die Gesamtkraft, die auf ein Objekt einwirkt, wenn Sie sowohl die Größe als auch die Richtung berücksichtigen. Ein Objekt mit einer Nettokraft von Null ist stationär. Eine unausgeglichene Kraft oder Nettokraft einer Größe größer oder kleiner als Null führt zu einer Beschleunigung des Objekts. Sobald Sie die Größe einer Kraft berechnet oder gemessen haben, ist es einfach, sie zu kombinieren, um die Nettokraft zu ermitteln. Das Skizzieren eines einfachen Kraftdiagramms und das Sicherstellen, dass alle Kräfte beschriftet sind und in die richtige Richtung weisen, macht die Berechnung der Nettokraft zum Kinderspiel.

Schritte

Teil 1 von 2: Bestimmung der Nettokraft

Find Net Force Schritt 1
Find Net Force Schritt 1

Schritt 1. Zeichnen Sie ein Freikörperdiagramm

Ein Freikörperdiagramm ist eine schnelle Skizze eines Objekts, die alle darauf wirkenden Kräfte und die Richtung, in die diese Kräfte wirken, veranschaulicht. Lesen Sie die Aufgabe durch und zeichnen Sie eine einfache Skizze des fraglichen Objekts und der Pfeile, die jede auf dieses Objekt einwirkende Kraft darstellen.

Beispiel: Berechnen Sie die Nettokraft eines 20 N schweren Objekts, das auf einem Tisch sitzt und mit 5 N Kraft nach rechts geschoben wird, aber aufgrund einer Reibungskraft von 5 N still bleibt

Find Net Force Schritt 2
Find Net Force Schritt 2

Schritt 2. Stellen Sie die positiven und negativen Kraftrichtungen fest

Standardmäßig werden nach oben oder rechts weisende Pfeile als positiv und nach unten oder links weisende Pfeile als negativ eingestellt. Denken Sie daran, dass mehrere Kräfte in dieselbe Richtung wirken können. Kräfte, die sich entgegensetzen, haben immer entgegengesetzte Vorzeichen (ein positives, ein negatives).

  • Wenn Sie mit mehreren Kraftdiagrammen arbeiten, achten Sie darauf, dass die Richtungen durchgehend konsistent sind.
  • Beschriften Sie die Größe jeder Kraft mit einem „+“oder „-“Zeichen basierend auf der Richtung des Pfeils, den Sie im Kraftdiagramm gezeichnet haben.
  • Zum Beispiel: Die Schwerkraft ist eine nach unten gerichtete Kraft, die sie negativ macht. Die Normalkraft ist nach oben gerichtet, was sie positiv macht. Die Schubkraft ist nach rechts positiv, während die Reibungskraft dieser Kraft nach links entgegenwirkt (negativ).
Find Net Force Schritt 3
Find Net Force Schritt 3

Schritt 3. Beschriften Sie alle Kräfte

Achten Sie darauf, alle Kräfte zu beschriften, die auf das Objekt wirken. Wenn ein Objekt auf einer Oberfläche ruht, wirkt die Schwerkraft nach unten (Fg) und eine gleiche Kraft in die entgegengesetzte Richtung, die als Normalkraft (F ). Beschriften Sie zusätzlich zu diesen beiden Kräften die restlichen Kräfte, die in der Aufgabe angegeben sind. Schreiben Sie die Größe jeder Kraft in Newton neben die angegebene Bezeichnung.

  • Eine Standardmethode zur Kennzeichnung von Kräften ist ein großes F und ein tiefgestellter Anfangsbuchstabe der Kraft. Wenn beispielsweise eine Reibungskraft auftritt, beschriften Sie sie mit FF.
  • Schwerkraft: Fg = -20 N
  • Normalkraft: F = +20 N
  • Reibungskraft: FF = -5 N
  • Schubkraft: FP = +5 N
Find Net Force Schritt 4
Find Net Force Schritt 4

Schritt 4. Summieren Sie die Beträge aller Kräfte

Nachdem Sie nun alle Kräfte sowohl mit einer Richtung als auch mit einer Größe beschriftet haben, müssen Sie sie nur noch addieren. Schreiben Sie eine Gleichung für die Nettokraft (FNetz) wobei FNetz gleich der Summe aller auf das Objekt wirkenden Kräfte.

  • Zum Beispiel: FNetz = Fg + F + FF + FP = -20 + 20 -5 + 5 = 0 N. Da die Nettokraft 0 N beträgt, ist das Objekt stationär.

Teil 2 von 2: Berechnung der Diagonalkraft

Find Net Force Schritt 5
Find Net Force Schritt 5

Schritt 1. Skizzieren Sie ein Kraftdiagramm

Wenn eine diagonale Kraft schräg auf das Objekt wirkt, müssen Sie die Horizontale (Fx) und vertikal (Fja) Komponenten der Kraft, um ihre Größe zu bestimmen. Sie müssen Trigonometrie und den Richtungswinkel (normalerweise θ "Theta") verwenden. Der Richtungswinkel θ wird immer gegen den Uhrzeigersinn von der positiven x-Achse aus gemessen.

  • Zeichnen Sie das Kraftdiagramm mit dem Winkel der Diagonalkraft.
  • Skizzieren Sie jeden Pfeil in die richtige Richtung, in die die Kraft wirkt, und beschriften Sie ihn mit der richtigen Größe.
  • Beispiel: Skizzieren Sie das Diagramm für ein 10 N-Objekt, das eine Kraft von 25 N nach oben und rechts in einem Winkel von 45° erfährt. Links von 10 N entsteht zusätzlich eine Reibungskraft.
  • Kräfte umfassen: Fg = -10 N, F = + 10 N, FP = 25 N, FF = -10 N.
Find Net Force Schritt 6
Find Net Force Schritt 6

Schritt 2. F. berechnenx und Fja Verwendung der drei grundlegende trigonometrische Verhältnisse (SOH CAH TOA).

Unter Verwendung der Diagonalkraft (F) als Hypotenuse eines rechtwinkligen Dreiecks und Fx und Fja als die Beine dieses Dreiecks können Sie jedes der Reihe nach berechnen.

  • Denken Sie daran, CAH: Kosinus (θ) = benachbart/Hypotenuse. Fx = cos θ * F = cos(45°) * 25 = 17,68 N.
  • Denken Sie daran, SOH: Sinus (θ) = Gegenteil / Hypotenuse. Fja = sin θ * F = sin(45°) * 25 = 17,68 N.
  • Beachten Sie, dass mehrere diagonale Kräfte gleichzeitig auf ein Objekt wirken können, also müssen Sie F. findenx und Fja jeder Kraft im Problem. Dann summiere das Fx Werte, um die Gesamtkraft in horizontaler Richtung zu erhalten und die Fja Werte für die Gesamtkraft in vertikaler Richtung.
Find Net Force Schritt 7
Find Net Force Schritt 7

Schritt 3. Zeichnen Sie das Kraftdiagramm neu

Nachdem Sie nun die einzelnen horizontalen und vertikalen Komponenten der Diagonalkraft berechnet haben, können Sie ein neues Kraftdiagramm skizzieren, das diese Kräfte repräsentiert. Löschen Sie die Diagonalkraft und zeichnen Sie stattdessen die Pfeile für die einzelnen horizontalen und vertikalen Größen.

Anstelle einer Diagonalkraft zeigt das Diagramm nun beispielsweise eine nach oben gerichtete Vertikalkraft mit einer Größe von 17,68 N und eine nach rechts weisende Horizontalkraft mit einer Größe von 17,68 N

Find Net Force Schritt 8
Find Net Force Schritt 8

Schritt 4. Summieren Sie alle Kräfte in x- und y-Richtung

Nachdem Sie ein neues Kraftdiagramm erstellt haben, berechnen Sie die Nettokraft (FNetz) indem man alle horizontalen Kräfte zusammen und alle vertikalen Kräfte zusammen addiert. Denken Sie daran, alle Richtungen der Vektoren während des gesamten Problems konsistent zu halten.

  • Beispiel: Horizontalvektoren sind alle Kräfte entlang der x-Achse: Fnetx = 17,68 – 10 = 7,68 N.
  • Vertikale Vektoren sind alle Kräfte entlang der y-Achse: Fnety = 17,68 + 10 - 10 = 17,68 N.
Find Net Force Schritt 9
Find Net Force Schritt 9

Schritt 5. Berechnen Sie die Größe des Nettokraftvektors

In diesem Stadium haben Sie zwei Kräfte: eine in x-Richtung und eine in y-Richtung. Der Betrag des Kraftvektors ist die Hypotenuse des Dreiecks, das durch diese beiden Komponentenvektoren gebildet wird. Verwenden Sie einfach den Satz des Pythagoras, um die Hypotenuse zu berechnen: FNetz = √ (Fnetx2 + Fnety2).

  • Zum Beispiel: Fnetx = 7,68 N und Fnety = 17,68 N
  • Einsetzen in Gleichung: FNetz = √ (Fnetx2 + Fnety2) = √ (7.682 + 17.682)
  • Lösen: FNetz = √ (7.682 + 17.682) = (58,98 + 35,36) = √94,34 = 9,71 N.
  • Die Kraft beträgt 9,71 N in einer Diagonale nach oben und rechts.

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