力怎么计算

力等于质量乘以加速度。公式是简单的部分;得分点在于意识到 F 指的是合力,以及在题目改给你速度变化时把加速度算出来。

公式

F = ma,其中 F 是以牛顿为单位的合力,m 是以千克为单位的质量,a 是以米每二次方秒为单位的加速度。一牛顿等于一千克米每二次方秒,所以只有质量用千克,单位才对得上。

是合力,不是施加的力

  • 把作用着的所有力连同方向一起相加。
  • 方向相反的力相减,所以 50 牛的推力对抗 20 牛的摩擦力,合力是 30 牛。
  • 合力为零时物体不会产生加速度,但它仍可能在运动。

先把加速度求出来

很多题给的是速度变化而不是加速度。用 a = 速度变化除以时间,再代入 F = ma。分成两个标注清楚的步骤来做,单位才不会乱。

例题详解

例 1

题目

一个 15 千克的箱子以 4 米每二次方秒加速。作用在它上面的合力是多少?

答案

60 牛

步骤

  1. 1写出已知:m = 15 千克,a = 4 米每二次方秒。
  2. 2套用 F = ma。
  3. 3连单位代入:F = 15 千克 x 4 米每二次方秒。
  4. 4F = 60 千克米每二次方秒,也就是 60 牛。

例 2

题目

一个 0.145 千克的棒球在 0.005 秒内从 40 米每秒被拦停。求平均作用力。

答案

1160 牛

步骤

  1. 1先求加速度:a = 速度变化 / 时间 = 40 / 0.005。
  2. 2得到 a = 8000 米每二次方秒,是减速。
  3. 3再套用 F = ma:F = 0.145 x 8000。
  4. 4F = 1160 牛,方向与运动相反。
  5. 5常识检验:制动时间极短就会产生极大的力,这也是接球手套要加厚衬垫的原因。

这个答案的量级本身就是物理。拉长制动时间是降低作用力的唯一途径,溃缩区和安全气囊的全部原理都在这里。

例 3

题目

一个 6 千克的箱子受到 50 牛的推力,同时摩擦力以 20 牛与之相抗。求它的加速度。

答案

5 米每二次方秒

步骤

  1. 1先求合力:向前 50 牛减去向后 20 牛。
  2. 2合力 = 沿推力方向 30 牛。
  3. 3把 F = ma 变形为 a = F / m。
  4. 4a = 30 / 6 = 5 米每二次方秒。

常见错误

还存在摩擦力时,却把施加的力代进 F = ma。

F 是合力。代入之前,先把所有力连同方向合成起来。

质量还留在克为单位。

先换算成千克。质量用克会让答案大 1000 倍。

把质量和重量混为一谈。

质量以千克计且不会改变。重量是以牛顿计的力,等于质量乘以 g。

以为合力为零就是静止不动。

它意味着速度不变,其中也包括沿直线匀速运动。

动手练一练

先自己算,再打开答案。算到一半卡住了?选中题目,问 Solvecoon 你缺的那一步。

  • 1. 一个 25 千克的物体以 2 米每二次方秒加速。求合力。

    查看答案

    50 牛,由 F = 25 x 2 得到。

  • 2. 90 牛的合力作用在 30 千克的质量上。求加速度。

    查看答案

    3 米每二次方秒,由 a = F / m 得到。

  • 3. 取 g = 9.8 米每二次方秒,一个 70 千克的人在地球上的重量是多少?

    查看答案

    686 牛。重量是质量乘以 g,它是一个力,所以答案的单位是牛顿。

大家常问的问题

力应该用什么单位?
只要质量用千克、加速度用米每二次方秒,力就是牛顿。混用单位是这里最常见的错误来源。
怎样从速度变化求出力?
分两步。先用速度变化除以时间得到加速度,再乘以质量。
重量和质量是一回事吗?
不是。质量是以千克计的物质多少;重量是作用其上的引力,以牛顿计。你在月球上的质量不变,重量却会变。
力为负是什么意思?
意思是它的方向与你规定为正的方向相反。开始解题前先定好正方向,能避免绝大部分符号上的混乱。
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