Τι είναι η καθαρή δύναμη; (με παραδείγματα)

Το καθαρή δύναμη ορίζεται ως το άθροισμα όλων των δυνάμεων που δρουν σε ένα αντικείμενο. Ένα παράδειγμα; Όταν κλωτσήσει μια μπάλα ποδοσφαίρου, η μπάλα ξεκινά και κινείται μέσα στον αέρα. Εκείνη τη στιγμή, υπάρχει μια καθαρή δύναμη που ενεργεί στην μπάλα. Όταν η μπάλα αρχίσει να επιστρέφει στο έδαφος και τελικά σταματάει, υπάρχει καθαρή δύναμη που ενεργεί και στην μπάλα.

Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα λέει ότι "όταν μια καθαρή δύναμη δρα επί ενός αντικειμένου, τότε αυτό το αντικείμενο πρέπει να επιταχύνει, δηλαδή, η ταχύτητά του να αλλάζει από δεύτερο σε δεύτερο". Κτυπώντας την μπάλα ποδοσφαίρου για πρώτη φορά, επιταχύνει και όταν η μπάλα ποδοσφαίρου αρχίσει να επιβραδύνεται σε στάση, επιταχύνει επίσης.

Μπορεί να υπάρχουν αρκετές δυνάμεις που δρουν σε ένα αντικείμενο και όταν όλες αυτές οι δυνάμεις προστεθούν, το αποτέλεσμα είναι αυτό που ονομάζουμε καθαρή δύναμη που ενεργεί στο αντικείμενο.

Εάν η καθαρή δύναμη προστεθεί στο μηδέν, τότε το αντικείμενο δεν επιταχύνεται, επομένως κινείται με σταθερή ταχύτητα. Εάν η καθαρή δύναμη προστεθεί σε μη μηδενική τιμή, τότε το αντικείμενο επιταχύνεται.

Στη φύση, όλες οι δυνάμεις αντιτίθενται σε άλλες δυνάμεις, όπως η τριβή ή οι αντίθετες βαρυτικές δυνάμεις. Οι δυνάμεις μπορούν να παράγουν επιτάχυνση μόνο εάν είναι μεγαλύτερες από τις συνολικές αντίθετες δυνάμεις.

Εάν μια δύναμη ωθεί ένα αντικείμενο, αλλά ταιριάζει με την τριβή, το αντικείμενο δεν επιταχύνεται. Ομοίως, αν μια δύναμη ωθείται έναντι της βαρύτητας αλλά είναι μικρότερη από τη βαρυτική δύναμη ενός αντικειμένου, δεν επιταχύνεται.

Για παράδειγμα, αν μια πίεση 15-Newton σε ένα αντικείμενο αντιτίθεται σε μια δύναμη τριβής 10-Newton, το αντικείμενο επιταχύνεται σαν να πιέζεται από μια καθαρή δύναμη 5-Newton χωρίς τριβή.

Ευρετήριο

• 1 Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα
• 2 ο δεύτερος νόμος κίνησης του Νεύτωνα
• 3 Μέγεθος και εξίσωση
• 4 Παραδείγματα
• 5 Αναφορές

Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα

Ο πρώτος νόμος κίνησης του Νεύτωνα προβλέπει τη συμπεριφορά των αντικειμένων για τα οποία όλες οι υπάρχουσες δυνάμεις είναι ισορροπημένες.

Ο πρώτος νόμος δηλώνει ότι αν οι δυνάμεις που δρουν σε ένα αντικείμενο είναι ισορροπημένες τότε η επιτάχυνση αυτού του αντικειμένου θα είναι 0 m / s / s. Τα αντικείμενα σε ισορροπία (η κατάσταση στην οποία όλες οι δυνάμεις είναι ισορροπημένες) δεν θα επιταχυνθούν.

Σύμφωνα με τον Newton, ένα αντικείμενο θα επιταχυνθεί μόνο εάν υπάρχει καθαρή ή μη ισορροπημένη δύναμη που ενεργεί πάνω του. Η παρουσία μιας μη ισορροπημένης δύναμης επιταχύνει ένα αντικείμενο, αλλάζοντας την ταχύτητά του, την κατεύθυνση του ή την ταχύτητα και την κατεύθυνση του.

Ο δεύτερος νόμος του κινήματος του Νεύτωνα

Ο νόμος αυτός αναφέρεται στη συμπεριφορά των αντικειμένων για τα οποία δεν υπάρχουν ισορροπημένες όλες οι υπάρχουσες δυνάμεις. Ο δεύτερος νόμος αναφέρει ότι η επιτάχυνση ενός αντικειμένου εξαρτάται από δύο μεταβλητές: την καθαρή δύναμη που ασκείται στο αντικείμενο και τη μάζα του αντικειμένου.

Η επιτάχυνση ενός αντικειμένου εξαρτάται άμεσα από την καθαρή δύναμη που ασκείται στο αντικείμενο και αντίστροφα από τη μάζα του αντικειμένου. Καθώς αυξάνεται η δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο, η επιτάχυνση του αντικειμένου αυξάνεται.

Καθώς αυξάνεται η μάζα ενός αντικειμένου, η επιτάχυνση του αντικειμένου μειώνεται. Ο δεύτερος νόμος κίνησης του Νεύτωνα μπορεί να δηλωθεί επισήμως ως εξής:

"Η επιτάχυνση ενός αντικειμένου που παράγεται από μια καθαρή δύναμη είναι άμεσα ανάλογη με το μέγεθος της καθαρής δύναμης, στην ίδια κατεύθυνση με την καθαρή δύναμη και αντιστρόφως ανάλογη προς τη μάζα του αντικειμένου".

Αυτή η λεκτική δήλωση μπορεί να εκφραστεί με τη μορφή εξίσωσης ως εξής:

Α = Fnet / m

Η παραπάνω εξίσωση συχνά επαναρυθμίζεται σε μια πιο γνωστή μορφή όπως φαίνεται παρακάτω. Η καθαρή δύναμη εξισώνεται με το προϊόν της μάζας πολλαπλασιασμένο με την επιτάχυνση.

Fnet = m • α

Η έμφαση είναι πάντα στην καθαρή δύναμη. Η επιτάχυνση είναι άμεσα ανάλογη της καθαρής δύναμης. Η καθαρή δύναμη είναι ίση με τη μάζα που πολλαπλασιάζεται με την επιτάχυνση.

Η επιτάχυνση στην ίδια κατεύθυνση με την καθαρή δύναμη είναι μια επιτάχυνση που παράγεται από μια καθαρή δύναμη. Είναι η καθαρή δύναμη που σχετίζεται με την επιτάχυνση, η καθαρή δύναμη είναι το αθροιστικό διάνυσμα όλων των δυνάμεων.

Εάν γνωρίζετε όλες τις επιμέρους δυνάμεις που δρουν σε ένα αντικείμενο, τότε μπορείτε να προσδιορίσετε την καθαρή δύναμη.

Σύμφωνα με την προηγούμενη εξίσωση, μια μονάδα δύναμης ισούται με μια μονάδα μάζας πολλαπλασιασμένη με μια μονάδα επιτάχυνσης.

Κατά την αντικατάσταση των τυποποιημένων μετρικών μονάδων με δύναμη, μάζα και επιτάχυνση στην παραπάνω εξίσωση, μπορεί να γραφεί η ακόλουθη ισοδυναμία μονάδων.

1 Newton = 1 kg • m / s2

Ο ορισμός της τυπικής μετρικής μονάδας δύναμης υποδεικνύεται από την παραπάνω εξίσωση. Ως Newton ορίζεται η ποσότητα δύναμης που απαιτείται για να δώσει μάζα 1 kg και επιτάχυνση 1 m / s / s.

Μέγεθος και εξίσωση

Σύμφωνα με τον Δεύτερο Νόμο του Νεύτωνα, όταν ένα αντικείμενο επιταχύνει, τότε πρέπει να υπάρχει μια καθαρή δύναμη που να ενεργεί πάνω του. Αντίθετα, εάν μια καθαρή δύναμη δρα επί ενός αντικειμένου, το αντικείμενο αυτό επιταχύνεται.

Το μέγεθος της καθαρής δύναμης που ασκείται σε ένα αντικείμενο είναι ίσο με τη μάζα του αντικειμένου πολλαπλασιασμένη με την επιτάχυνση του αντικειμένου όπως φαίνεται στον ακόλουθο τύπο:

Μια καθαρή δύναμη είναι η υπόλοιπη δύναμη που παράγει οποιαδήποτε επιτάχυνση ενός αντικειμένου όταν ακυρώνονται όλες οι αντίθετες δυνάμεις.

Οι αντίθετες δυνάμεις μειώνουν την επίδραση της επιτάχυνσης μειώνοντας την καθαρή δύναμη επιτάχυνσης που επενεργεί σε ένα αντικείμενο.

Εάν η καθαρή δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο είναι μηδέν, τότε το αντικείμενο δεν επιταχύνεται και είναι σε κατάσταση που ονομάζουμε ισορροπία.

Όταν ένα αντικείμενο βρίσκεται σε ισορροπία, τότε δύο πράγματα μπορεί να είναι αληθινά: είτε το αντικείμενο δεν κινείται καθόλου, είτε το αντικείμενο κινείται με σταθερή ταχύτητα. Ο τύπος για την ισορροπία παρουσιάζεται παρακάτω:

Παραδείγματα

Εξετάστε μια υποθετική κατάσταση στο διάστημα. Κάνετε ένα διαστημόπλοιο και οργανώσετε κάτι στο πορθμείο σας. Ενώ εργάζεστε στο θέμα με ένα κλειδί, παίρνει θυμωμένος και τραβά το κλειδί μακριά, τι συμβαίνει?

Μόλις το κλειδί εγκαταλείψει το χέρι, θα συνεχίσει να κινείται με την ίδια ταχύτητα που έδωσε όταν απελευθερώθηκε. Αυτό είναι ένα παράδειγμα μιας κατάστασης μηδενικής καθαρής δύναμης. Το κλειδί θα κινηθεί με την ίδια ταχύτητα και δεν θα επιταχύνει στο διάστημα.

Αν πετάξετε το ίδιο κλειδί στη Γη, το κλειδί θα πέσει στο έδαφος και τελικά θα σταματήσει. Γιατί σταμάτησε; Υπάρχει μια καθαρή δύναμη που ενεργεί στο κλειδί, προκαλώντας την επιβράδυνση και να σταματήσει.

Σε ένα άλλο παράδειγμα, ας πούμε ότι βρίσκεστε σε παγοδρόμιο. Πάρτε ένα παζλ χόκεϋ και σύρετε το μέσα από τον πάγο.

Τελικά, το πύργο του χόκεϊ θα επιβραδυνθεί και θα σταματήσει, ακόμα και σε ομαλό, ολισθηρό πάγο. Αυτό είναι ένα άλλο παράδειγμα μιας κατάστασης με καθαρή δύναμη διαφορετική από μηδέν.

Αναφορές

1. Η τάξη φυσικής,. (2016). Ο Δεύτερος Νόμος του Νεύτωνα. 11-2-2017, από physicsclassroom.com Ιστοσελίδα: physicsclassroom.com.
2. Cárdenas, R. (2014). Τι είναι η Net Force; - Ορισμός, μέγεθος και εξισώσεις. 11-2-2017, από το http://study.com Ιστοσελίδα: study.com.
3. IAC Publishing, LLC. (2017). Τι είναι η καθαρή δύναμη; 11-2-2017, από την ιστοσελίδα του Reference.com: reference.com.
4. Καθαρή δύναμη. (n.d.) Αναθεωρημένο Λεξικό του Webster. (1913). Ανακτήθηκε στις 11 Φεβρουαρίου 2017 από το thefreedictionary.com.
5. Pearson, Α. (2008). Δύναμη και κίνηση Κεφάλαιο 5. Δύναμη και κίνηση. 11-2-2017, από την Pearson Education Inc Ιστοσελίδα: physics.gsu.edu.