كيفية البحث عن صافي القوة: طرق مختلفة ، مشاكل وحقائق


يناقش المقال طرقًا مختلفة حول كيفية إيجاد القوة الصافية ومشكلاتها التي تم حلها مع بعض الحقائق.

القوة الكلية هي القوة الكلية المؤثرة على النظام ، والتي يتم اكتشافها بجمع كل القوى المؤثرة على النظام. نستخدم هذا المصطلح عندما تعمل أنواع مختلفة من القوى على النظام. القوة الكلية لها الخصائص الدقيقة كقوة واحدة تسرع أو تزيل تسارع أي جسم بكتلة. 

افترض أن عددًا من القوى يؤثر على جسم ما في جميع الاتجاهات الممكنة. ماذا سيكون تسارعه ، وفي أي اتجاه سيتحرك؟

قمنا بتلخيص العدد N من القوى المؤثرة على الجدول ، مما يعطي القوة الكلية على أنها العدد الإجمالي للقوى المؤثرة على الجسم.

يوفر صافي القوة الأساسية معادلة هو،

Fصاف = F.1 + F2 + F3 + F4 +…. + فN

مثل قوة واحدة ، نيوتن (ن) هي وحدة SI من صافي القوة.

 اقرأ المزيد عن القوة الصافية.

كيف تجد صافي القوة
كيفية حساب صافي القوة

أثناء شد الحبل ، ست قوى مجهولة تعمل على الحبل هي 5N ، 2N ، 1N ، 7N ، 4N ، 2N. اكتشف القوة الكلية المؤثرة على الحبل والاتجاه الذي سيتحرك فيه.

معطى:

F1 = 5 نيوتن

F2 = 2 نيوتن

F3 = 1 نيوتن

F4 = 7 نيوتن

F5 = 4 نيوتن

F6 = 2 نيوتن

لايجاد: Fصاف =?

المعادلة:

Fصاف = F.1 + F2 + F3 + F4 +…. + فN

حل:

يتم حساب القوة الكلية المؤثرة على الحبل أثناء شد الحبل على النحو التالي:

Fصاف = F.1 + F2 + F3 + F4 + F5 + F6

استبدال جميع القيم ،

Fصاف = 5 + 2 + 1 + 7 + 4 + 2

Fصاف = 22 نيوتن

القوة الكلية المؤثرة على الحبل هي 22N ، وبما أن لها قيمة موجبة ، فإنها تسرع من اتجاه الحبل للأمام.

اقرأ المزيد عن أمثلة القوة الصافية.

كيف تجد صافي القوة مع الكتلة؟

تُحدد القوة الكلية مع الكتلة باستخدام قانون نيوتن الثاني للحركة. 

إذا لم تكن هناك قوة تؤثر على النظام ، فإن صافي القوة يساوي صفرًا أيضًا. ومن ثم فإن النظام الذي له كتلة لن يتحرك أو يتسارع. لكن هذه الحالة لا يمكن تصورها من الناحية العملية ، حيث تعمل قوة واحدة على الأقل دائمًا على أي كائن في الكون. أي قوة الجاذبية. 

المقاومة أو الاحتكاك الذي يقاوم حركة الجسم لا يكاد يذكر أثناء السقوط الحر. ومن ثم ، يسقط جسم بكتلة معينة نحو الأرض.

تعمل قوة الجاذبية علينا دائمًا وتسرعنا باستمرار إلى الأسفل. صيغة قوة الجاذبية هي "mg" ، ويحكمها قانون نيوتن الثاني للحركة F = ma.

كيف تجد صافي القوة في السقوط الحر
كيفية حساب صافي القوة مع الكتلة
(ائتمان: شترستوك)

g هو تسارع مستمر قيمة لجميع الأشياء. ومن ثم ، فكلما زادت كتلة الجسم ، زادت قوة الجاذبية وأسرع سقوطه.

ولذلك، فإن صيغة القوة الصافية لجسم السقوط الحر يعادل قوة الجاذبية. على سبيل المثال ، Fصاف = F.g = ملغ

اقرأ المزيد عن قوة الجاذبية.

ما هي القوة الكلية المؤثرة على التفاحة التي كتلتها 2 كجم ، والتي تسقط بحرية على الأرض (g = 9.8 m / s2)?

معطى:

م = 2 كجم

ز = 9.8 م / ث2

لايجاد: Fصاف =?

المعادلة:

Fg = ملغ

حل:

نظرًا لأن التفاحة تتساقط بحرية ، فإن قوة الجاذبية الوحيدة تؤثر عليها.

ومن ثم ، يتم حساب القوة الصافية على التفاحة التي تتساقط بحرية باستخدام صيغة قوة الجاذبية,

Fصاف = ملغ

استبدال جميع القيم ،

Fصاف = 2 × 9.8

Fصاف = 19.6 نيوتن

القوة الكلية المؤثرة على التفاحة المتساقطة حرة الكتلة هي 19.6 نيوتن.

اقرأ المزيد عن كيف تجد الجاذبية؟

كيف تجد صافي القوة مع قوتين؟

يتم تحديد إجمالي القوة بقوتين باستخدام قانون نيوتن الثالث للحركة: 

عندما يكون جسم ما في حالة سكون ، يستخدم سطح الأرض القوة العادية لأعلى على جسم ثابت كقوة رد فعل لقوة الجاذبية. ومن ثم ، فإن القوة الكلية على جسم ثابت تشمل قوتين مثل قوة الجاذبية والقوة العادية. 

سطح الأرض يستخدم قوى طبيعية مقابل قوة الجاذبية. هذا يعني أن القوة العمودية متساوية في المقدار والمقدار المقابل لقوة الجاذبية. ومن ثم ، فN = ملغ

كيفية إيجاد القوة الصافية بقوتين
كيفية حساب صافي القوة بقوتين

لذلك ، هناك زوج من القوى الرأسية التي تعمل على جسم ما عندما يبقى في حالة سكون على سطح الأرض ، مما يؤدي إلى صافي القوة بقوتين ،

Fصاف = F.N + Fg

بما أن الجاذبية تعمل باتجاه الأسفل ، فإننا نعتبر قيمها سالبة. على سبيل المثال ، -Fg.

وبالتالي ، فإن صيغة القوة الصافية بقوتين هو،

Fصاف = F.N + (-Fg)

اقرأ المزيد عن أنواع القوات.

افترض أن قوة الجاذبية 10 نيوتن والقوة العمودية البالغة 10 نيوتن على الرجل الواقف على الطريق. ماذا ستكون القوة المحصلة على الرجل الواقف؟

معطى:

Fg = -10N

FN = 10 نيوتن

لايجاد: Fصاف =?

المعادلة:

Fصاف = F.1 + F2 + F3 + F4 +…. + فN

حل:

يتم حساب القوة الكلية المؤثرة على الرجل الواقف على النحو التالي ،

Fصاف = F.N + Fg

Fصاف = 10 + (-10)

Fصاف = 0

القوة الكلية المؤثرة على الرجل الواقف تساوي صفرًا. هذا هو السبب في أنه لا يزال في حالة راحة دون أي قوة صافية.

اقرأ المزيد عن الحركة النسبية.

كيف تحسب صافي القوة في الاتجاه المعاكس؟

يتم تحديد القوة الكلية في الاتجاه المعاكس باستخدام قانون نيوتن الثالث للحركة.

عندما نطبق القوة لأعلى على الجسم الثابت ، فإن الهواء يبذل قوة مساوية ومعاكسة تسمى قوة مقاومة الهواء. ومن ثم تعمل القوة الكلية في الاتجاه المعاكس ، مما يعارض التسارع الناتج عن القوة المطبقة.

سابقا ، فهمنا ذلك إذا كان لزوج من القوى الحجم الدقيق ، فإنهما يوازنان بعضهما البعض. ومن ثم ، لن يتحرك الجسم أو يتسارع لأن قوته الصافية تساوي صفرًا. لهذا السبب تحتاج إحدى القوى إلى أن يكون لها حجم أكبر من الأخرى بحيث يمكن للقوة المحسوبة أن تعجل أو تبطل تسارع الجسم

عندما نرمي كرة لأعلى ، فإنها تعود نحو الأرض بسرعة أكبر بعد ارتفاعها. يحدث ذلك لأن قوة مقاومة الهواء يعكس اتجاه الكرة ، وتسرع قوة الجاذبية الكرة بسرعة إلى أسفل. 

كيفية إيجاد صافي القوة في الاتجاه المعاكس
كيفية حساب صافي القوة في الاتجاه المعاكس

نظرًا لأن حجم القوى المعاكسة يصبح أكبر من القوة المطبقة ، فإن القوة الكلية تعمل في الاتجاه المعاكس للقوة المطبقة

Rاقرأ المزيد عن القوة غير المتوازنة.

عندما نطبق قوة مقدارها 10 نيوتن على كرة عن طريق الرمي ، فإن قوة مقاومة الهواء البالغة 6 نيوتن وقوة الجاذبية البالغة 6 نيوتن تُؤثر على الكرة. احسب صافي القوة المؤثرة على الكرة. 

معطى:

Fالتطبيق = 10 نيوتن

Fهواء = -6N

Fg = -6N

لايجاد: Fصاف =?

المعادلة:

Fصاف = F.1 + F2 + F3 + F4 +…. + فN

حل:

يتم حساب القوة الكلية على الكرة ،

Fصاف = F.التطبيق + Fهواء + Fg

استبدال جميع القيم ،

Fصاف = 10 + (-6) + (-6)

Fصاف = -2N

القوة الكلية المؤثرة على الكرة هي -2N ، وتعمل في الاتجاه المعاكس.

كيف تجد صافي القوة لزاوية؟

يتم تحديد القوة الكلية لزاوية باستخدام مستوى مائل. 

عندما يكون جسم في زاوية مع سطح أفقي أو مستوى مائل ، يتم تقسيم قوة الجاذبية إلى مكونين. تعمل القوة العادية على موازنة المكون المتوازي. ومن ثم ، فإن القوة الكلية لزاوية مائلة تتألف من المكون الموازي للجاذبية. 

في حالة عدم وجود القوة المطبقة ، فإن المكون المتوازي لقوة الجاذبية mgsinθ هو القوة الوحيدة التي يسرع الجسم لأسفل بزاوية مائلة. لهذا السبب ينزلق أي كائن بسرعة على مستوى مائل. نظرًا لعدم وجود قوة مطبقة ، فلا يوجد قوة الاحتكاك التي تعمل على ميل طائرة. 

ولذلك، فإن صيغة القوة الصافية لزاوية مائلة هو،

Fصاف = mgsinθ 

كيفية إيجاد صافي القوة في زاوية مائلة
كيفية حساب القوة الصافية لزاوية

اقرأ المزيد عن المستوى المائل.

ما القوة الكلية المؤثرة على الكرسي المتحرك التي كتلتها 5 كجم ، والتي تنزلق لأسفل على منحدر مائل بزاوية 30 درجة؟ (ز = 9.8 م / ث2)

معطى:

م = 5 كجم

ز = 9.8 م / ث2

θ = 30 درجة

لايجاد: Fصاف =?

المعادلة:

Fصاف = mgsinθ 

حل:

يتم حساب القوة الصافية على الكرسي المتحرك ،

Fصاف = mgsinθ 

استبدال جميع القيم ،

Fصاف = 5 × 9.8 × جيب 30 درجة

Fصاف = 49 / 2

Fصاف = 24.5 نيوتن

القوة الكلية المؤثرة على الكرسي المتحرك بزاوية 30 درجة تساوي 24.5 نيوتن.

اقرأ المزيد عن الاحتكاك في مستوى مائل.

كيف تجد صافي القوة مع المكونات؟

يتم تحديد صافي القوة مع المكونات عندما تتوازن القوى الرأسية مع بعضها البعض. 

عندما طبقنا القوة بزاوية معينة على السطح الأفقي ، انسكبت القوة إلى مكونين. يوازن المكون العمودي ، إلى جانب القوة العادية ، قوة الجاذبية. ومن ثم ، فإن القوة الكلية تشمل المكونات المتوازية للقوة المطبقة وقوة الاحتكاك المعاكسة. 

كيفية البحث عن صافي القوة مع المكونات
كيفية حساب القوة الصافية بالمكونات

يتم تقدير المكون الأفقي أو المتوازي للقوة المطبقة باستخدام دالة مثلثية مثل،

Fx = F.التطبيق. سينو

اقرأ المزيد حول كيفية حل القوة داخل المكونات.

لنفترض أننا طبقنا قوة دفع مقدارها 80 نيوتن بزاوية 60 درجة لتحريك الصندوق. يمارس سطح الأرض قوة الاحتكاك البالغة 50 نيوتن للمربع. احسب صافي القوة المؤثرة على الصندوق. 

معطى:

Fالتطبيق = 80 نيوتن

Fنقود = -50N

θ = 60 درجة

لايجاد: Fصاف=?

المعادلة:

Fصاف = F.1 + F2 + F3 + F4 +…. + فN

و ، فx = F.التطبيق. سينو

حل:

قبل إيجاد القوة الكلية على الصندوق ، علينا إيجاد المكونات المتوازية للقوة المطبقة

Fx = F.التطبيق. سينو

Fx = 80 x sin 60 درجة

Fx = 80 × 0.86

Fx = 68.8 نيوتن

يوفر صيغة القوة الصافية مع المكون المتوازي في المربع محسوبة على النحو التالي ،

Fصاف = F.x + Fنقود

Fصاف = 68.8 + (-50)

Fصاف = 18.8 نيوتن

القوة الكلية المؤثرة على الصندوق بسبب المكون المتوازي هي 18.8 نيوتن.

كيف تجد صافي القوة على تهمة؟

يتم تحديد صافي القوة المؤثرة على الشحنة باستخدام قانون كولوم

يمكن الحصول على القوة الكهروستاتيكية أو قوة كولوم بين شحنتين في حالة السكون باستخدام قانون كولوم. نظرًا لأن الذرة تتكون من العديد من الجسيمات المشحونة ، فإن القوة الكلية على جميع الشحنات تضيف كل قوة كهروستاتيكية بين أزواج الشحنات.

القوة الكهروستاتيكية Fأ ، ب بين الشحنة أ و ب ،

Fأ ، ب= (ك قaqb) / ص2

حيث k هو ثابت كولوم.

qa و qb يتم شحن أ و ب على التوالي.

و r هي المسافة بين الشحنات.

أوجد صافي القوى على ثلاث شحنات 5μج ، 10μج و 5μج ، والتي تفصل بينها مسافة 2 سم بالتساوي. (ثابت كولوم ك = 8.99 × 109)

معطى

q1 = 5μج = 5 × 10-6C

q2 = 10μC = 10-5C

q3 = 5μج = 5 × 10-6C

ص = 2 سم = 2 × 10-2m

ك = 8.99 × 109

لايجاد: Fصاف =?

المعادلة

Fصاف = F.1 + F2 + F3 + F4 +…. + فN

و Fأ ، ب= (ك قaqb) / ص2

حل:

لإيجاد القوة الكلية المؤثرة على الشحنات الثلاث ، علينا إيجاد القوى الكهروستاتيكية بينها. 

كيفية البحث عن صافي القوة بتهمة
كيفية حساب صافي القوة على المسؤول

القوى الكهروستاتيكية بين الشحنة 1 و 2 هي ، 

F1,2= (ك ق1q2) / ص2

F1,2= (44.95 * 10-2) / (2 * 10-2)

F1,2 = 22.47 نيوتن 

القوى الكهروستاتيكية بين الشحنة 2 و 3 هي ، 

F2,3= (ك ق2q3) / ص2

F2,3 = 22.47 نيوتن

يوفر القوى الكهروستاتيكية بين الشحنة 1 و 3 هو ، 

F1,3= (ك ق1q3) / ص2

F1,3 = (224.5 * 10-3) / (2 * 10-2)

F1,3 = 11.23 نيوتن

يتم حساب صيغة القوة الصافية على الرسوم الثلاثة على النحو التالي ،

Fصاف = F.1,2 + F2,3 + F1,3

Fصاف = 22.47 + 22.47 + 11.23 شمالاً

Fصاف = 56.17 نيوتن

القوة الصافية المؤثرة على الشحنات هي 56.17N. 

كيف تجد صافي القوة من الرسم البياني السرعة مقابل الوقت؟

يتم تحديد القوة الكلية من الرسم البياني للسرعة مقابل الوقت باستخدام قانون نيوتن الثاني. 

عندما تعمل القوى المختلفة على جسم ما ، تتغير سرعته من وقت لآخر. إذا رسمنا الرسم البياني لسرعته مقابل الوقت ، فإننا نقدر قيمة التسارع عندما تؤثر القوة الكلية. لذلك ، يمكننا حساب القوة الصافية من السرعة باستخدام قانون نيوتن الثاني للحركة. 

صيغة قانون نيوتن الثانية من حيث صافي القوة هي ،

Fصاف = أماه

Fصاف = م * (Δv / t)

Fصاف == م * [(vv0) / (tt0)]

اقرأ المزيد عن السرعة.

من الرسم البياني أدناه السرعة مقابل الوقت ، احسب صافي القوة المؤثرة على سيارة كتلتها 20 كجم. 

كيفية البحث عن صافي القوة من السرعة مقابل الرسم البياني الزمني
كيفية حساب القوة الصافية من السرعة مقابل الرسم البياني الزمني

معطى:

م = 20 كجم

لايجاد:

أ =؟

Fصاف =?

المعادلة:

Fصاف = أماه

حل,

قبل حساب القوة الكلية ، علينا إيجاد عجلة السيارة من السرعة مقابل الرسم البياني الزمني.

أ = (v / t)

أ = (vv0) / (tt0)

من الرسم البياني للسرعة مقابل الوقت ،

كانت السيارة في البداية في حالة سكون. هذا يعني ، v0 = 0 و ر0 = 0

السرعة النهائية للسيارة 80 كم / ساعة في الوقت النهائي 10 دقائق. هذا يعني أن v = 80km / hr و t = 10 min.

يوفر صيغة القوة الصافية هو،

Fصاف = م * (ت / ر)

استبدال جميع القيم ،

Fصاف == 20 * (80/10)

Fصاف = 120 نيوتن

القوة الكلية المؤثرة على السيارة من سرعتها مقابل الوقت هي 120 نيوتن.

كيف تجد صافي القوة مع الكتلة والسرعة؟

يوفر صافي القوة مع الكتلة والسرعة يتم تحديده باستخدام صيغة العمل والطاقة. 

عندما تسرع القوة الكلية جسمًا في حالة السكون ، فإنها تحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية. بحيث يتحرك الجسم مسافة معينة ، وذلك عندما قلنا أن الشغل يتم بواسطة كائن ، مما يمكننا من إيجاد القوة الكلية بكتلته وسرعته.

وفقا ل صيغة العمل والطاقة,

KE = دبليو

لكن العمل الذي يقوم به كائن ناتج صافي القوة Fصاف التمثيل والمسافة د التي قطعتها. 

(1/2) م2=Fصافd

اقرأ المزيد عن العمل المنجز.

عندما يركل لاعب كرة القدم كتلتها 5 كجم ، تتحرك بسرعة 10 كم / ساعة على مسافة 8 أمتار. ما هو صافي القوة المؤثرة على كرة القدم؟ 

معطى:

م = 5 كجم

الخامس = 10 كم / ساعة = 10 × 1000/36000 م / ثانية

د = 8 م

لايجاد: Fصاف =?

المعادلة:

(1/2) م2=Fصافd

حل:

يتم حساب القوة الكلية على كرة القدم باستخدام صيغة العمل والطاقة مثل،

(1/2) م2=Fصافd

يوفر صافي القوة مع الكتلة والسرعة هو،

mv2/ 2d = F.صاف

استبدال جميع القيم ،

Fصاف= 5000 / 368

Fصاف = 13.5 نيوتن

القوة الكلية المؤثرة على كرة القدم ذات الكتلة والسرعة هي 13.5 نيوتن. 

اقرأ المزيد عن إمكانية تحويل الطاقة الحركية.


مانيش نايك

مرحبًا ، أنا مانيش نايك أكملت درجة الماجستير في الفيزياء مع إلكترونيات الحالة الصلبة كتخصص. لدي ثلاث سنوات من الخبرة في كتابة المقالات في مادة الفيزياء. الكتابة ، والتي تهدف إلى توفير المعلومات الدقيقة لجميع القراء ، من المبتدئين والخبراء. في أوقات فراغي ، أحب قضاء وقتي في الطبيعة أو زيارة الأماكن التاريخية. يشرفني أن أكون جزءًا من LambdaGeeks. نتطلع إلى ربطك عبر LinkedIn - https://www.linkedin.com/in/manish-ashok-naik/ أيضًا ، من أجل دليل السفر إلى ماهاراشترا ومقالات الحفاظ على التراث ، قم بزيارة موقع الويب الخاص بي Wandering Maharashtra - https://wanderingmaharashtra.com / travel-blogs /

آخر المقالات