Come calcolare la forza
La forza è massa per accelerazione. La formula è la parte facile; i punti stanno nel notare che F indica la forza risultante e nel ricavare l'accelerazione quando il problema ti passa invece una variazione di velocità.
La formula
F = m a, dove F è la forza risultante in newton, m è la massa in chilogrammi e a è l'accelerazione in metri al secondo quadrato. Un newton è un chilogrammo metro al secondo quadrato, ed è per questo che le unità tornano solo se la massa è in chilogrammi.
Forza risultante, non forza applicata
- Somma tutte le forze in gioco, tenendo conto della direzione.
- Forze in direzioni opposte si sottraggono, quindi una spinta di 50 N contro 20 N di attrito dà una risultante di 30 N.
- Se la forza risultante è nulla il corpo non accelera, anche se può comunque essere in movimento.
Ricavare prima l'accelerazione
Molti problemi danno una variazione di velocità invece di un'accelerazione. Usa a = variazione di velocità diviso il tempo, poi sostituisci in F = m a. Farlo in due passaggi ben etichettati è ciò che tiene in ordine le unità.
Esempi svolti
Esempio 1
Domanda
Una cassa da 15 kg accelera a 4 m/s al quadrato. Quale forza risultante agisce su di essa?
Risposta
60 N
Passaggi
- 1Individua i dati: m = 15 kg, a = 4 m/s al quadrato.
- 2Applica F = m a.
- 3Sostituisci con le unità: F = 15 kg x 4 m/s al quadrato.
- 4F = 60 kg m/s al quadrato, cioè 60 N.
Esempio 2
Domanda
Una palla da baseball di 0,145 kg viene fermata da 40 m/s in 0,005 s. Trova la forza media.
Risposta
1160 N
Passaggi
- 1Prima l'accelerazione: a = variazione di velocità / tempo = 40 / 0,005.
- 2Questo dà a = 8000 m/s al quadrato, una decelerazione.
- 3Ora applica F = m a: F = 0,145 x 8000.
- 4F = 1160 N, in verso opposto al moto.
- 5Controllo di buon senso: un tempo di arresto molto breve genera una forza molto grande, ed è per questo che i guantoni sono imbottiti.
L'ordine di grandezza di questa risposta è la fisica. Allungare il tempo di arresto è l'unico modo di ridurre la forza, ed è tutto il principio delle zone di deformazione e degli airbag.
Esempio 3
Domanda
Una cassa da 6 kg è spinta con 50 N mentre l'attrito le si oppone con 20 N. Trova la sua accelerazione.
Risposta
5 m/s al quadrato
Passaggi
- 1Prima la forza risultante: 50 N in avanti meno 20 N all'indietro.
- 2Forza risultante = 30 N nel verso della spinta.
- 3Ricava a da F = m a: a = F / m.
- 4a = 30 / 6 = 5 m/s al quadrato.
Errori comuni
Mettere la forza applicata in F = m a quando c'è anche l'attrito.
F è la forza risultante. Combina tutte le forze con i loro versi prima di sostituire.
Lasciare la massa in grammi.
Converti prima in chilogrammi. Una massa in grammi rende la risposta 1000 volte più grande.
Confondere massa e peso.
La massa si esprime in chilogrammi e non cambia. Il peso è una forza in newton, pari a massa per g.
Pensare che forza risultante nulla significhi stare fermi.
Significa velocità costante, il che comprende muoversi in linea retta a ritmo costante.
Mettiti alla prova
Risolvili prima tu, poi apri la risposta. Bloccato a metà? Seleziona il problema e chiedi a Solvecoon il passaggio che ti manca.
1. Un corpo da 25 kg accelera a 2 m/s al quadrato. Trova la forza risultante.
Mostra la risposta
50 N, da F = 25 x 2.
2. Una forza risultante di 90 N agisce su una massa di 30 kg. Trova l'accelerazione.
Mostra la risposta
3 m/s al quadrato, da a = F / m.
3. Quanto pesa sulla Terra una persona di 70 kg, con g = 9,8 m/s al quadrato?
Mostra la risposta
686 N. Il peso è massa per g, ed è una forza, quindi la risposta è in newton.
Le domande che ci fanno
- In quali unità va espressa la forza?
- In newton, purché la massa sia in chilogrammi e l'accelerazione in metri al secondo quadrato. Mescolare le unità è qui la fonte di errore più comune.
- Come trovo la forza da una variazione di velocità?
- In due passaggi. Dividi la variazione di velocità per il tempo per ottenere l'accelerazione, poi moltiplica per la massa.
- Il peso è la stessa cosa della massa?
- No. La massa è la quantità di materia in chilogrammi; il peso è la forza gravitazionale che agisce su di essa, in newton. La tua massa sulla Luna è la stessa, il tuo peso no.
- Che cosa significa una forza negativa?
- Che agisce nel verso opposto a quello che hai definito positivo. Fissare il verso positivo prima di iniziare evita quasi tutta la confusione sui segni.
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