Como calcular a força de contato

Contente

• Etapa 1: Determinar a força de atrito
• Etapa 2: Determinar a Força Normal
• Etapa 3: aplique o teorema de Pitágoras para determinar a magnitude da força de contato geral

A força, como conceito de física, é descrita pela segunda lei de Newton, que afirma que a aceleração ocorre quando uma força atua sobre uma massa. Matematicamente, isso significa F = ma, embora seja importante notar que a aceleração e a força são quantidades vetoriais (ou seja, possuem magnitude e direção no espaço tridimensional), enquanto a massa é uma quantidade escalar (ou seja, possui uma somente magnitude). Em unidades padrão, a força tem unidades de Newton (N), massa medida em quilogramas (kg) e aceleração é medida em metros por segundo ao quadrado (m / s²).

Algumas forças são forças sem contato, o que significa que agem sem que os objetos os experimentem estejam em contato direto um com o outro. Essas forças incluem a gravidade, a força eletromagnética e as forças internucleares. As forças de contato, por outro lado, exigem que os objetos se toquem, seja por um instante (como uma bola batendo e batendo contra uma parede) ou por um longo período (como uma pessoa que rola um pneu por uma colina) .

Na maioria dos casos, a força de contato exercida sobre um objeto em movimento é a soma vetorial das forças normais e de atrito. A força de atrito age exatamente oposta às direções do movimento, enquanto a força normal atua perpendicular a essa direção se o objeto estiver se movendo horizontalmente em relação à gravidade.

Etapa 1: Determinar a força de atrito

Essa força é igual à coeficiente de fricção μ entre o objeto e a superfície multiplicada pelo peso dos objetos, que é a sua massa multiplicada pela gravidade. Assim, F_f = μmg. Encontre o valor de μ pesquisando-o em um gráfico on-line, como o do Engineers Edge. Nota: Às vezes, você precisará usar o coeficiente de atrito cinético e, outras vezes, precisará conhecer o coeficiente de atrito estático.

Suponha para esse problema que F_f = 5 Newtons.

Etapa 2: Determinar a Força Normal

Esta força, F_N, é simplesmente a massa dos objetos multiplicada pela aceleração devida à gravidade multiplicada pelo seno do ângulo entre a direção do movimento e o vetor de gravidade vertical g, que tem um valor de 9,8 m / s². Para esse problema, suponha que o objeto esteja se movendo horizontalmente; portanto, o ângulo entre a direção do movimento e a gravidade é de 90 graus, que tem um seno de 1._N = mg para os propósitos atuais. (Se o objeto estivesse descendo uma rampa orientada a 30 graus em relação à horizontal, a força normal seria mg × sin (90 - 30) = mg × sin 60 = mg × 0,866.)

Para esse problema, assuma uma massa de 10 kg. F_N é, portanto, 10 kg × 9,8 m / s² = 98 Newtons.

Etapa 3: aplique o teorema de Pitágoras para determinar a magnitude da força de contato geral

Se você imaginar a força normal F_N agindo para baixo e a força de atrito F_f atuando horizontalmente, a soma do vetor é a hipotenusa e completa um triângulo retângulo unindo esses vetores de força. Sua magnitude é assim:

(F_N² + F_f²)^(1/2) ,

qual para esse problema é

(15² + 98²) ^(1/2)

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

= 99,14 N.