Normalkraftur: Formúlur, útreikningar og æfingar

Inngangur:

Á sviði eðlisfræði gegnir eðlilegi krafturinn mikilvægu hlutverki, skilgreining og útreikningur hans er nauðsynlegur til að skilja hegðun hluta í snertingu við yfirborð. Til að skilja þessa stærðargráðu rétt er nauðsynlegt að skilja meginreglurnar og formúlurnar sem stjórna útreikningum þess og þýðingu þess í eðlisfræðilegum kerfum. Í þessari hvítbók munum við kanna í smáatriðum eðlilegan kraft, formúlu hans og mismunandi aðstæður þar sem honum er beitt, auk verklegra æfinga til að styrkja skilning hans og beitingu. Vertu með í þessari tæknilegu könnun á eðlilegum styrk: formúlur, útreikningar og æfingar!

1. Kynning á eðlilega kraftinum og mikilvægi hans í eðlisfræði

Hinn eðlilegi kraftur er grundvallarhugtak í eðlisfræði sem er notað til að lýsa samspilinu af hlut með yfirborði. Það er skilgreint sem krafturinn sem yfirborð beitir á hlut til að vinna gegn þyngd hans eða öðrum ytri krafti sem verkar á hann í átt sem er hornrétt á yfirborðið. Hinn eðlilegi kraftur er mikilvægur við að leysa líkamleg vandamál þar sem hann gerir okkur kleift að skilja hvernig hlutir hafa samskipti við umhverfi sitt og hvernig þeir halda jafnvægi á yfirborði.

Til að skilja betur hugtakið eðlilegur kraftur er mikilvægt að hafa í huga að hann virkar aðeins þegar hluturinn er í snertingu við yfirborð. Eðlikrafturinn verkar alltaf í átt sem er hornrétt á snertifletinn og er stærð hans jöfn en öfug við kraftinn sem hluturinn beitir á yfirborðið (til dæmis þyngd hans). Þetta þýðir að ef hlutur er í kyrrstöðu á láréttu yfirborði verður eðlilegur kraftur jafn en andstæður þyngd hans.

Þegar líkamleg vandamál eru leyst er nauðsynlegt að taka tillit til nokkurra þátta til að ákvarða eðlilegan kraft í tilteknum aðstæðum. Til viðbótar við þyngd hlutarins þarf að huga að öðrum kraftum eins og núningi, hröðun eða halla yfirborðs. Það getur verið flókið að reikna út nákvæman eðlilegan kraft í sumum aðstæðum, en það eru sérstök tæki og aðferðir sem auðvelda ferlið. Við lausn vandamála er ráðlegt að nota skýringarmyndir af frjálsum líkama og beita hreyfilögmálum, eins og öðru lögmáli Newtons, til að ákvarða eðlilega kraftinn nákvæmlega í hverju tilviki.

2. Skýring á grunnformúlum til að reikna út normalkraftinn

Til þess að reikna út eðlilegan kraft á líkama í hvíld á láréttu yfirborði verðum við að taka tillit til nokkurra grunnformúla. Þessar formúlur gera okkur kleift að ákvarða stærð og stefnu eðlilega kraftsins, sem er hornrétt á burðarflötinn.

Ein mest notaða formúlan fyrir þennan útreikning er eftirfarandi:

• Líkamsþyngd: Til að reikna út eðlilegan kraft er nauðsynlegt að vita þyngd líkamans. Þyngdin, venjulega táknuð með bókstafnum W, fæst með því að margfalda massa líkamans með þyngdarhröðuninni (g = 9.8 m/s)²). Formúlan til að reikna út þyngd er: W = m * g.
• Venjulegur styrkur: Eðlikrafturinn (N) er jafn að stærð og öfugur í átt við þyngd líkamans. Þess vegna er eðlilegur kraftur reiknaður þannig: N = -W. Þar sem eðlilegur kraftur og þyngd eru jöfn að stærð, verður það alltaf jákvætt ef líkaminn er í hvíld á láréttu yfirborði.

Það er mikilvægt að hafa í huga að þessar formúlur gilda aðeins fyrir líkama í hvíld á láréttu yfirborði og án ytri krafta. Ef aðrir kraftar verka á líkamann verður að taka tillit til þeirra við útreikning á krafti sem myndast og þar af leiðandi við ákvörðun normalkrafts. Ennfremur er mikilvægt að hafa í huga að eðlilegi krafturinn er ekki háður snertiflötinum heldur aðeins þyngdarkraftinum sem verkar á líkamann.

3. Útreikningur á eðlilega kraftinum í mismunandi eðlisfræðilegum atburðarásum

4. Hagnýt dæmi um beitingu normalkraftsformúlunnar

5. Tengsl eðlilega kraftsins og annarra krafta í eðliskerfi

1. Hinn eðlilegi kraftur er lykilþáttur í að leysa vandamál sem tengjast jafnvægi líkama í líkamlegu kerfi. Þessi kraftur er hornrétt á snertiflöturinn og er á móti þyngd hlutarins. Til að skilja kraftinn er nauðsynlegt að þekkja grunnhugtök eðlilega kraftsins og hvernig hann hefur samskipti við aðra krafta við mismunandi aðstæður.
2. Á sléttu láréttu yfirborði, eins og borði, verkar eðlilegur kraftur í gagnstæða átt við þyngd hlutarins. Ef hluturinn er ekki á hreyfingu hefur eðlilegi krafturinn sama gildi og þyngdin og dregur báðir niður hvort annað. Hins vegar, ef hluturinn hreyfist á yfirborðinu, verður eðlilegur kraftur minni en þyngdin, þar sem það er núningskraftur sem er á móti hreyfingu hans. Í þessu tilviki er eðlilegur kraftur jafn vigursummu þyngdar og núningskrafts.
3. Á hallandi yfirborði virkar eðlilegi krafturinn ekki alltaf í gagnstæða átt við þungann. Það fer eftir hallahorni yfirborðsins. Í þessu tilviki er eðlilegur kraftur sundurliðaður í tvo þætti: einn hornrétt á yfirborðið og annar samsíða því. Hornrétti íhluturinn er jöfn þyngd hlutarins en samhliða íhluturinn er á móti núningskrafti og því að hluturinn rennur. Að þekkja sambandið milli eðlilega kraftsins og þessara annarra krafta á hallandi yfirborði er nauðsynlegt til að greina jafnvægi og hreyfingu hluta í þessari tegund eðliskerfa.

6. Beita eðlilegum krafti í jafnvægisvandamálum

Til að leysa vandamál jafnvægi sem felur í sér beitingu eðlilegs afls er mikilvægt að fylgja ákveðnum skrefum. Í fyrsta lagi verðum við að bera kennsl á og teikna frjálsa líkamsmyndina, þar sem við munum tákna alla krafta sem verka á viðkomandi hlut. Þetta gerir okkur kleift að sjá skýrt fyrir okkur alla krafta sem eru til staðar og stefnu þeirra.

Þegar við höfum greint kraftana verðum við að brjóta þá niður í þætti sem eru hornrétt og samsíða viðmiðunarplaninu. Það er mikilvægt að muna að eðlilegi krafturinn virkar alltaf hornrétt á snertiplanið. Eðlikrafturinn er viðbrögðin sem yfirborð hefur á hlut í hvíld eða á hreyfingu. Til að brjóta niður krafta getum við notað grunn hornafræðiföll eins og sinus og kósínus.

Við getum síðan beitt jafnvægislögmálum, eins og summa krafta og summan af augnablikum, til að ákvarða óþekkt vandamál vandamálsins. Ef allir kraftar eru í jafnvægi verður summa allra krafta að vera núll. Þetta mun veita okkur nauðsynlegar upplýsingar til að leysa vandamálið og finna lausnina. skref fyrir skref. Það er mikilvægt að muna að í ferlinu verðum við að huga að bæði ytri og innri öflum sem eru til staðar. í kerfinu.

7. Útreikningur á eðlilegum krafti á hallandi flötum

Til að reikna út eðlilegan kraft á hallandi flötum verðum við fyrst að skilja hvað eðlilegur kraftur er. Normalkrafturinn er krafturinn sem verkar hornrétt á yfirborð sem er í snertingu við hlut. Á láréttu yfirborði er eðlilegur kraftur jafn þyngd hlutarins. Hins vegar, á hallandi yfirborði, breytist venjulegur kraftur vegna tilvistar viðbótarkrafts: venjulegur þyngdarþáttur.

Venjulegur hluti þyngdar er reiknaður út með formúlunni: P_n = P cosθ, þar sem P er þyngd hlutarins og θ er hallahorn yfirborðsins. Þegar við höfum eðlilega hluta þyngdar, er eðlilegur kraftur reiknaður út með því að bæta við eðlilega hluti þyngdar og hvers kyns eðlilega krafta sem eru til staðar í kerfinu.

Það er mikilvægt að hafa í huga að hvort sem hluturinn er í kyrrstöðu eða í jafnvægi, þá verður eðlilegi krafturinn að vera jafn og andstæður summan af ytri kraftunum sem beitt er á hlutinn. Til að reikna út eðlilegan kraft á hallandi flötum er hægt að nota mismunandi aðferðir eins og kraftagreiningu, notkun lögmál Newtons eða að leysa jöfnukerfi. Hvað sem því líður verður að telja ytri krafta og innri krafta sem verka á hlutinn til að fá rétt gildi normalkraftsins.

8. Grunnæfingar til að reikna út eðlilegan kraft

Til að reikna út eðlilegan kraft á hlut er mikilvægt að skilja grunnatriði eðlisfræðinnar. Normalkrafturinn er sá sem virkar hornrétt á snertiflötinn milli tveggja hluta. Hér að neðan eru nokkrar grunnæfingar sem hjálpa þér að skilja hvernig á að reikna út eðlilegan kraft.

1. Líkamsæfing í hvíld á láréttu yfirborði: Íhugaðu hlut sem hvílir á sléttu, láréttu yfirborði. Í þessu tilviki er eðlilegur kraftur jafn þyngd hlutarins, þar sem engir viðbótarkraftar verka á hann. Til að reikna það út, margfaldaðu einfaldlega massa hlutarins með þyngdarhröðuninni.

2. Æfing líkamans í hvíld á hallandi yfirborði: í þessu tilviki er eðlilegur kraftur ekki jafn þyngd hlutarins, þar sem það er hluti af þyngdaraflinu í stefnu samsíða halla yfirborðinu. Til að reikna það út, ákvarða fyrst hluti þyngdarkraftsins sem er hornrétt á halla yfirborðið með því að nota þyngdarkraftsformúluna. Notaðu síðan þennan þátt til að reikna út eðlilegan kraft.

9. Venjuleg kraftadæmi við að leysa jöfnukerfi

Þegar leyst er jöfnukerfi sem fela í sér vandamál með eðlilega krafta er mikilvægt að fylgja skref-fyrir-skref ferli til að fá nákvæmar niðurstöður. Hér að neðan er áhrifarík aðferð til að leysa þessa tegund vandamála:

Skref 1: Þekkja eðlilega krafta sem eru til staðar í kerfinu. Normalkrafturinn er krafturinn sem yfirborðið beitir á hlut í hornrétta átt. Til að greina þessa krafta er nauðsynlegt að huga að víxlverkunum milli hluta og yfirborðs í snertingu.

Skref 2: Úthlutaðu hnitakerfi. Þetta mun gera það auðveldara að leysa jöfnukerfið. Mælt er með því að velja uppsetningu þar sem kraftþættirnir eru samsíða x og y ásunum. Þetta mun einfalda síðari útreikninga.

10. Venjulegur kraftur og hugtakið þyngd í eðlisfræði

Hinn eðlilegi kraftur er grundvallarhugtak í eðlisfræði sem er notað til að lýsa kraftinum sem yfirborðið beitir á hlut sem er í snertingu við hann. Þessi kraftur er hornréttur á yfirborðið og verkar í gagnstæða átt við þyngdarkraftinn sem verkar á hlutinn. Þess vegna getum við sagt að normalkrafturinn sé krafturinn sem yfirborð ýtir hlut upp á við til að vinna gegn þyngdaraflinu.

Til að skilja þetta hugtak betur er mikilvægt að þekkja hugtakið þyngd í eðlisfræði. Þyngd hlutar er krafturinn sem þyngdaraflið verkar á hann. Það er reiknað með því að margfalda massa hlutar með hröðun vegna þyngdaraflsins. Á jörðinni er þyngdarhröðunin um það bil 9.8 m/s^2. Þess vegna er hægt að reikna út þyngd hlutar með eftirfarandi formúlu: Þyngd = massi x hröðun vegna þyngdaraflsins.

Nú, til að reikna út eðlilegan kraft, verðum við að taka tillit til þess Normalkrafturinn er alltaf hornréttur á yfirborðið og virkar í gagnstæða átt við þyngdarkraftinn. Þannig að ef hlutur er í kyrrstöðu á sléttu, láréttu yfirborði verður eðlilegi krafturinn jafn að stærð og öfugur í átt við þyngdarkraftinn. Hins vegar, ef hluturinn er á hallandi plani, er eðlilegur kraftur brotinn niður í tvo þætti: einn hornrétt á planið og einn samsíða planinu. Í þessu tilviki er nauðsynlegt að nota hornafræði til að reikna út stærð hvers þáttar eðlilega kraftsins.

11. Útreikningur á normalkrafti í hröðunaraðstæðum

Til að reikna út eðlilega kraftinn í hröðunaraðstæðum er mikilvægt að skilja hugtakið normalkraftur og tengsl þess við hröðun. Eðlikrafturinn er krafturinn sem yfirborðið beitir á hlut í kyrrstöðu eða á hreyfingu í átt sem er hornrétt á yfirborðið. Í hröðunaraðstæðum getur eðlilegur kraftur verið breytilegur vegna tilvistar viðbótarkrafta.

Fyrsta skrefið í að reikna út eðlilegan kraft í hröðunaraðstæðum er að bera kennsl á alla krafta sem verka á hlutinn. Þetta getur falið í sér þyngdarafl, núningskraft og aðra ytri krafta. Því næst þarf að ákvarða hröðun hlutarins með því að nota annað lögmál Newtons sem segir að summa allra krafta sem beitt er á hlut sé jöfn margfeldi massa hans og hröðunar hans.

Þegar hröðunin hefur verið ákvörðuð getum við notað formúluna F = ma, þar sem F er nettókrafturinn sem beitt er á hlutinn og m er massi hans. Í þessu tilviki er nettókrafturinn samsettur úr summu allra krafta sem verka á hlutinn. Að lokum, með því að þekkja nettókraftinn, getum við reiknað út normalkraftinn með formúlunni N = mg – F, þar sem N er eðlilegi krafturinn, m er massi hlutarins, g er þyngdarhröðunin og F er nettóið. afl .

12. Ítarlegar eðlilegar kraftaæfingar í kraftmiklum kerfum

Í þessum hluta munum við kynna röð háþróaðra æfinga til að styrkja eðlilegan styrk í kraftmiklum kerfum. Þessar æfingar eru hannaðar til að skora á líkamlega hæfileika þína og bæta þol þitt í kraftmiklum og breytilegum aðstæðum. Vertu viss um að fylgja leiðbeiningunum vandlega og taka tillit til öryggisráðstafana áður en þú framkvæmir æfingar.

1. Venjuleg styrktaræfing með mótstöðubandi: Fyrir þessa æfingu þarftu mótstöðuband með mismunandi mótstöðustigum. Byrjaðu á því að halda bandinu á stöðugu yfirborði og settu síðan hvorn enda bandsins í höndum þínum. Haltu höndum þínum í hæð yfir brjósti og olnboga aðeins bognir. Framkvæmdu síðan handleggshreyfingar til að æfa eðlilegan styrk. Endurtaktu þessa æfingu 10 til 15 sinnum í hverju setti.

2. Venjuleg styrktaræfing með ketilbjöllum: Ketilbjöllur eru frábærar til að vinna eðlilegan styrk í kraftmiklum kerfum. Byrjaðu á því að halda á ketilbjöllu með báðum höndum, í bringuhæð. Með olnbogana örlítið bogna skaltu hreyfa ketilbjölluna upp og niður í stýrðri hreyfingu. Gakktu úr skugga um að viðhalda réttri líkamsstöðu og stöðugleika meðan á æfingunni stendur. Gerðu 10 til 15 endurtekningar í hverju setti.

3. Venjuleg styrktaræfing á samhliða stöngum: Að nota samhliða stöng í æfingarútínu getur verið mjög gagnleg til að styrkja eðlilegan styrk í kraftmiklum kerfum. Stígðu á milli samhliða stanganna og haltu þeim með föstu taki. Lyftu síðan fótunum frá jörðu og haltu líkamanum láréttum. Þegar þú styrkir þig skaltu prófa flóknari hreyfingar, eins og fótaupphækkun eða líkamsbeygjur. Gerðu þessa æfingu í 30 sekúndur kl 1 mínúta í hverri seríu.

Mundu að þessar æfingar eru aðeins leiðarvísir og mikilvægt er að laga þær að líkamsræktarstigi og leita til fagaðila ef þú ert með meiðsli eða heilsufarsvandamál. Fylgdu þessum venjulegu styrktaræfingum í kraftmiklum kerfum og þú verður hissa á árangrinum í líkamlegu þreki þínu!

13. Eðlilegt afl og tengsl þess við lögmál aðgerða og viðbragða

La Venjulegur styrkur Það er líkamleg stærð sem tengist beint lögmál aðgerða og viðbragða. Þetta lögmál staðfestir að fyrir hverja aðgerð er jöfn og andstæð viðbrögð. Þegar um eðlilega kraftinn er að ræða er það krafturinn sem yfirborð beitir á hlut sem er í snertingu við hann. Þessi kraftur verkar alltaf hornrétt á yfirborðið og er jafnstór en í gagnstæða átt við kraftinn sem hluturinn beitir á yfirborðið.

Til að reikna út Venjulegur styrkur, þarf að fylgja nokkrum skrefum. Í fyrsta lagi verður að teikna frjálsa líkama skýringarmynd sem sýnir alla krafta sem verka á hlutinn. Næst er yfirborðið sem er í snertingu við hlutinn auðkennt og ör dregin til að gefa til kynna stefnu eðlilega kraftsins. Því næst þarf að bæta við alla lóðrétta krafta sem verka á hlutinn og setja jafna og núll, þar sem hluturinn er í lóðréttu jafnvægi. Þetta gerir okkur kleift að finna gildi eðlilega kraftsins.

Það er mikilvægt að hafa í huga að eðlilegi krafturinn er ekki alltaf jafn þyngdarkraftinum sem verkar á hlutinn. Í þeim tilfellum þar sem hluturinn er á hallandi yfirborði getur eðlilegur kraftur verið minni en þyngdarkrafturinn, vegna þess að lóðréttur hluti þyngdarkraftsins vegur á móti eðlilega kraftinum. Á hinn bóginn, ef hluturinn er á plani sem hallar upp á við, getur eðlilegi krafturinn verið meiri en þyngdarkrafturinn.

14. Ályktanir um mikilvægi þess að reikna út eðlilegan kraft í eðlisfræði

Að lokum er útreikningur á eðlilega kraftinum grundvallarhugtak í eðlisfræði sem gerir okkur kleift að skilja og greina ýmsar aðstæður þar sem kröftum er beitt. Hinn eðlilegi kraftur, einnig þekktur sem hornréttur kraftur, er skilgreindur sem krafturinn sem yfirborðið beitir á hlut sem er í snertingu við hann. Útreikningur þess skiptir sköpum til að ákvarða stærð annarra krafta, svo sem núnings eða þyngdarafls.

Það er mikilvægt að hafa í huga að eðlilegi krafturinn verkar alltaf hornrétt á yfirborðið, í gagnstæða átt við kraftinn sem hluturinn beitir á það. Til að reikna þennan kraft þarf að huga að hallahorni yfirborðsins og beita hreyfilögmálum og hornafræði.

Til að reikna út eðlilegan kraft er hægt að nota mismunandi verkfæri og aðferðir, allt eftir samhengi og sérstökum aðstæðum. Til dæmis, í þeim tilvikum þar sem yfirborðið er lárétt, verður eðlilegur kraftur jafn þyngd hlutarins. Hins vegar, þegar yfirborðið er hallað, er nauðsynlegt að taka tillit til hallahornsins til að fá rétt gildi normalkraftsins. Hægt er að nota frjálsar líkamsskýringar og jöfnur eins og Pýþagóras setninguna og hornafræðiföll til að leysa þessi tilvik.

Í stuttu máli hefur greinin "Normal Force: Formulas, Calculation and Exercises" sett fram ítarlega útskýringu á grundvallarhugtökum eðlilegs krafts á sviði eðlisfræði. Með formúlum og hagnýtum dæmum hefur útreikningur þessa krafts verið kannaður og mismunandi þættir sem taka þátt í ákvörðun hans verið greindir.

Tekið hefur verið á skilgreiningu á eðlilega krafti sem hornrétta hluta þess krafts sem yfirborði beitir á hlut sem er í snertingu og hvernig þessi kraftur er breytilegur eftir halla yfirborðsins og öðrum viðeigandi eðlisfræðilegum þáttum.

Að auki hefur verið veitt nákvæm lýsing á formúlunum sem þarf til að reikna út eðlilegan kraft í mismunandi atburðarásum eins og sléttu yfirborði, halla og hlutum í kyrrstöðujafnvægi. Þessar formúlur hafa verið settar í samhengi með tölulegum dæmum sem auðvelda skilning og beitingu fræðilegra hugtaka.

Sömuleiðis hefur verið sett fram röð verklegra æfinga sem gera lesandanum kleift að koma þeirri þekkingu sem aflað er í framkvæmd. Þessar æfingar ná yfir mismunandi erfiðleikastig og einblína á aðstæður raunveruleikinn, sem gefur tækifæri til að efla skilning og vald á útreikningum sem tengjast eðlilegu afli.

Að endingu hefur greinin „Normal Force: Formulas, Calculation and Exercises“ veitt lesendum skýra og fullkomna sýn á þetta grundvallarviðfangsefni í eðlisfræði. Fræðilegu hugtökin, formúlurnar og æfingarnar sem kynntar eru gera þér kleift að skilja og beita á áhrifaríkan hátt eðlilegur kraftur við margvíslegar aðstæður.