เครื่องคำนวณแรง

เครื่องคำนวณแรงเป็นเครื่องมือที่ใช้งานง่ายซึ่งช่วยให้คุณค้นหาตัวแปรที่ขาดหายไปในสูตรแรงฟิสิกส์ F = ma ในสมการแรงนี้ F คือแรง m คือมวลของวัตถุและ a คือความเร่ง

เครื่องคำนวณแรงกำหนดแรงที่จำเป็นในการเร่งวัตถุ สมการนี้เรียกว่ากฎการเคลื่อนที่ที่สองของนิวตันและเป็นหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์

สมการแรง F = ma ระบุว่าแรงเท่ากับผลคูณของมวลและความเร่งของวัตถุ

คุณสามารถใช้ในรูปแบบใดก็ได้ เมื่อทราบมวลและความเร่ง คุณสามารถคำนวณแรงได้ (F = ma) หากคุณรู้มวลและแรง คุณสามารถคำนวณความเร่ง (a = F/m) สุดท้ายคุณมีข้อมูลเกี่ยวกับการเร่งความเร็วและแรง ในกรณีนี้ คุณสามารถป้อนตัวแปรที่คุณรู้จักและคำนวณมวลของวัตถุ (m = F/a)

ในการใช้เครื่องคำนวณแรง ให้ป้อนค่าของตัวแปรทั้งสอง และเครื่องคำนวณจะค้นหาค่าของตัวแปรที่สาม

เครื่องคำนวณแรงนิวตันใช้การวัดมวล ความเร่ง และแรงที่ได้รับความนิยมมากที่สุด คุณจะพบสิ่งที่คุณต้องการในหมู่พวกเขา

การใช้งานเครื่องคำนวณแรง

ประการแรก เครื่องคำนวณความเร่ง มวล แรงช่วยให้นักเรียน ครู และผู้เชี่ยวชาญที่ต้องการคำนวณแรงอย่างรวดเร็วและแม่นยำเพื่อแก้ปัญหาในโรงเรียนหรือที่ทำงาน

วิศวกรสามารถใช้เครื่องคิดเลข f = ma เพื่อกำหนดแรงที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายโหลดหรือเพื่อคำนวณแรงที่กระทำกับเครื่อง ข้อมูลดังกล่าวมีความสำคัญในการออกแบบและสร้างสะพาน อาคาร และเครื่องใช้ไฟฟ้า

นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เครื่องคำนวณกฎข้อที่สองของนิวตันเพื่อค้นหาว่าของเหลวและก๊าซมีพฤติกรรมอย่างไรและแรงโน้มถ่วงส่งผลต่อสิ่งต่าง ๆ ในอวกาศอย่างไร

นักฟิสิกส์สามารถใช้เครื่องคำนวณเพื่อทำการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับพลังงานและอุณหพลศาสตร์ พวกเขาสามารถคำนวณศักยภาพและพลังงานจลน์ของวัตถุได้

กฎหมายของนิวตัน

ไอแซค นิวตัน มีส่วนร่วมอย่างมากในด้านกลศาสตร์คลาสสิกผ่านการกำหนดกฎการเคลื่อนไหวสามประการ ผลงานที่มีชื่อเสียงที่สุดของเขาคือ "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ Principia ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 1687 ในบทความที่รุนแรงนี้ นิวตันวางรากฐานสำหรับกลศาสตร์คลาสสิก โดยแนะนำกฎการเคลื่อนไหวของเขาและกฎของแรงโน้มถ่วงสากล

ใน Principia นิวตันสร้างข้อมูลเชิงลึกของรุ่นก่อน เช่น กาลิเลโอและเคปเลอร์ ในขณะที่แนะนำแนวคิดปฏิวัติที่จะเปลี่ยนความเข้าใจเกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพโดยพื้นฐาน หนึ่งในผลงานสำคัญของเขา หรือที่เรียกว่ากฎแรกของนิวตันหรือกฎความเฉื่อย ระบุว่าวัตถุที่อยู่กับที่จะอยู่กับที่ และวัตถุที่เคลื่อนไหวจะเคลื่อนไหวด้วยความเร็วคงที่ตามเส้นตรง เว้นแต่กระทำโดยแรงภายนอก หลักการนี้ใช้ได้ทุกที่ ไม่ว่าจะบนโลกหรือในอวกาศ บนโลก แรงภายนอกเช่นแรงเสียดทานและแรงต้านทานอากาศมักมีบทบาทสำคัญ แต่กฎนั้นใช้ได้ทุกที่

ให้เรารูปแบบสั้น ๆ ของกฎหมายทั้งสามแล้วมาดูกฎที่สองที่ใช้ในเครื่องคำนวณออนไลน์ของเราอย่างใกล้ชิด

กฎข้อแรกของนิวตัน

ร่างกายยังคงอยู่กับที่ หรือเคลื่อนไหวด้วยความเร็วคงที่ในเส้นตรง เว้นแต่กระทำโดยแรง

กฎแรกของนิวตันเรียกอีกอย่างว่ากฎความเฉื่อย ภาพประกอบง่าย ๆ ของสิ่งนี้คือลูกยางฮอกกี้บนทะเลสาบแช่แข็ง หากลูกยางอยู่กับที่ มันจะยังคงอยู่กับที่จนกระทั่งแรง เช่นไม้ฮอกกี้ ผลักมัน หากลูกยางกำลังเคลื่อนไหว มันจะเคลื่อนที่ต่อไปในเส้นตรงข้ามน้ำแข็ง จนกระทั่งแรงเช่นแรงเสียดทานจากน้ำแข็งหรือการชนกับลูกยางอื่นทำให้เปลี่ยนทิศทางหรือความเร็ว

กฎข้อที่สองของนิวตัน

เมื่อร่างกายถูกกระทำโดยแรง อัตราเวลาของการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมของมันจะเท่ากับแรง

เรามักสามารถสังเกตผลกระทบของกฎข้อที่สองของนิวตันในชีวิต วิธีหนึ่งในการแสดงภาพสิ่งนี้คือภาพประกอบของบุคคลที่ผลักกล่องหนักไปทั่วพื้น หากบุคคลนั้นใช้แรงเล็กน้อยกับกล่อง กล่องอาจไม่เคลื่อนไหวเลย หรืออาจเคลื่อนที่ช้ามาก อย่างไรก็ตาม หากบุคคลนั้นใช้แรงที่ใหญ่กว่ากับกล่อง มันจะเร่ง (เคลื่อนที่เร็วขึ้น) ข้ามพื้น นอกจากนี้ หากกล่องมีขนาดใหญ่กว่า จะเร่งความเร็วได้ยากขึ้นและจะต้องใช้แรงมากขึ้นในการเคลื่อนย้าย

กฎข้อที่สามของนิวตัน

หากวัตถุสองตัวออกแรงซึ่งกันและกัน แรงเหล่านี้จะมีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้าม

ลองนึกภาพคนสองคนผลักกัน หากคนหนึ่งผลักแรงขึ้น อีกคนจะผลักกลับไปด้วยแรงเท่ากัน นี่คือหลักการเบื้องหลังการทำงานของเครื่องยนต์จรวด ก๊าซร้อนที่ขับออกจากด้านหลังของจรวดจะสร้างแรงปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนจรวดไปข้างหน้า

กฎข้อที่สองของนิวตันในรายละเอียด

ด้วยการค้นพบกฎข้อที่สองของนิวตัน ชื่อของเขากลายเกี่ยวข้องกับแนวคิดทางกายภาพของแรง และกฎข้อที่สองนั้นเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดของแรง ความเร็ว ความเร่ง และมวล

แรงในฟิสิกส์คืออะไร? แรงเป็นปริมาณทางกายภาพที่ต้องมีทิศทาง (เวกเตอร์) และเป็นตัววัดกิจกรรมบนร่างกาย ตัวอักษร F หมายถึงแรง

คุณสามารถวัดขนาดของแรงได้ เช่น ใช้อุปกรณ์พิเศษ ไดนามอเตอร์ โดยปกติจะประกอบด้วยสปริงที่เชื่อมต่อกับตัวชี้ลูกศร หากยืดสปริง ลูกศรจะเบี่ยงเบน แสดงลักษณะเชิงปริมาณของแรง F

วิธีที่ความเร็วเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปเรียกว่าการเร่ง (โดยปกติจะแสดงด้วยตัวอักษร a) ในทางปฏิบัติ ในชีวิตจริง ร่างกายทั้งหมดเคลื่อนไหวด้วยความเร่ง หากความเร็วเพิ่มขึ้นหรือลดลงอย่างสม่ำเสมอ การเคลื่อนไหวดังกล่าวเรียกว่าการเร่งสมดุล

สูตรนี้สามารถคำนวณความเร่งได้:

a = (V - V₀) / t

โดยที่ a คือความเร่ง V คือความเร็วที่ช่วงเวลาสุดท้าย V₀ คือความเร็วในช่วงเวลาเริ่มต้น และ t คือเวลาที่เกิดความเร่งนี้

ตัวอย่างของการเคลื่อนไหวที่มีการเร่งความเร็วคือใครก็ตามหรืออะไรก็ตามที่ตกลง มันจะลดลงด้วยความเร่งเดียวกันที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงของโลก

และสุดท้าย ลักษณะของการเคลื่อนไหวของร่างกายใด ๆ ได้รับผลกระทบจากมวลของมัน ซึ่งมักจะแสดงด้วยตัวอักษร m ในฟิสิกส์ มวลมักเป็นการวัดความเฉื่อยของร่างกาย นั่นคือยิ่งมวลของร่างกายมากเท่าไหร่ ก็ยิ่งเคลื่อนย้ายได้ยากเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อย้ายไปแล้ว มันก็ยากที่จะหยุด

กฎข้อที่สองอธิบายว่าเกิดอะไรขึ้นกับร่างกายทางกายภาพภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก กฎหมายนี้บอกว่ายิ่งผลรวมของแรงภายนอกที่ใช้กับร่างกายมากเท่าไหร่ ความเร่งของร่างกายก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

กฎแรกของนิวตันเคยพยายามอธิบายว่ากลศาสตร์ท้องฟ้าทำงานอย่างไร ดาวเคราะห์เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์อย่างต่อเนื่องอย่างไร ในทางตรงกันข้าม กฎข้อที่สองมีความเป็นธรรมดามากกว่าในแง่นี้ มันอธิบายการเคลื่อนไหวของร่างกายที่นี่บนโลก กฎข้อที่สองมักใช้เพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวของวัตถุในชีวิตประจำวัน เช่นการเคลื่อนไหวของรถบนถนนหรือการเคลื่อนไหวของลูกบอลที่โยนไปในอากาศ

มันเป็นกฎพื้นฐานของพลวัตเช่นเดียวกับกฎพื้นฐานของธรรมชาติทางกายภาพ

มีคำจำกัดความคลาสสิกหลายประการของกฎข้อที่สองของนิวตัน ข้อแรกบอกว่าแรงที่กระทำต่อร่างกายเท่ากับผลคูณของมวลของร่างกายเท่ากับความเร่งที่เกิดจากแรง

คำจำกัดความที่สองไม่ได้มาจากแรงแต่มาจากความเร่ง ระบุว่าความเร่งของร่างกายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่ใช้กับมันและสัดส่วนผกผันกับมวล

สูตรกฎที่สองของนิวตัน

สมการแรงแบบคลาสสิกแสดงถึงคำจำกัดความแรกที่เราให้คุณ:

F = ma

F คือแรงที่กระทำต่อร่างกาย m คือมวลของมัน และ a คือความเร่ง

สำหรับคำจำกัดความที่สอง สมการจะเป็นดังนี้:

a = F/m

ยิ่งแรงกระทำต่อร่างกายมากเท่าไหร่ ความเร่งของมันก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งมวลของร่างกายมากเท่าไหร่ ความเร่งของมันก็จะน้อยลงเท่านั้น

ก็เพียงพอที่จะรู้ขนาดและทิศทางของแรงทั้งหมดที่ทำหน้าที่ในระบบเชิงกลและมวลของวัตถุวัสดุที่ประกอบด้วย เราสามารถคำนวณพฤติกรรมได้ทันเวลาด้วยความแม่นยำอย่างสมบูรณ์

กฎข้อที่สองเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดของความเฉื่อย ซึ่งเป็นแนวโน้มของวัตถุที่จะต้านทานการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนไหว ตามกฎข้อที่สอง ยิ่งมวลของวัตถุมากเท่าไหร่ แรงที่จำเป็นในการเร่งความเร็วก็ยิ่งมากขึ้น และความเฉื่อยก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ตัวอย่างกฎข้อที่สองของนิวตัน

ตัวอย่างที่ดีคือการตีลูกบอล เมื่อเราเตะลูกบอล เราจะใช้แรงที่กำหนดทิศทางและความเร่ง ยิ่งกระแทกหนักเท่าไหร่ ลูกบอลก็จะบินเร็วขึ้น

ผลักตะกร้าสินค้าในซูเปอร์มาร์เก็ต ลองผลักรถเข็นที่ว่างเปล่าและเต็ม ในกรณีที่สอง จะต้องใช้แรงมากกว่ามากเพื่อให้รถเข็นมีความเร่งเท่ากับในกรณีแรก นี่เป็นตัวอย่างที่ยอดเยี่ยมในการแสดงให้เห็นว่าน้ำหนักมีผลต่อความสม่ำเสมอของนิวตันอย่างไร

เกมกอล์ฟหรือเบสบอลเป็นตัวอย่างที่ดีของกฎของนิวตันในการดำเนินการ ใช้ไม้เบสบอลและลูกบอล สมมติว่าคุณตีลูกบอลด้วยไม้ และแรงกระแทกจะแข็งแกร่งกว่าแรงอื่น ๆ ทั้งหมด ในกรณีนั้น ลูกบอลจะได้รับความเร่งเท่ากับอัตราส่วนของแรงผลลัพธ์ต่อมวล

ตัวอย่างการคำนวณ

ลองดูการคำนวณสองสามอย่างที่สามารถทำได้ด้วยเครื่องคำนวณแรงของเรา ในการวัดแรง เราจะใช้สูตรแรงมาตรฐาน F = ma

ในการคำนวณมวล เราจะใช้ตัวแปร: m = F/a ดังนั้น เพื่อกำหนดความเร่ง เราจะใช้สูตร a = F / m

การคำนวณแรง

รถที่มีมวล 2 ตันเพิ่มความเร็วจาก 10 m/s เป็น 16 m/s เป็นเวลา 5 นาที (300 วินาที) กำหนดแรงส่งความเร่ง

ก่อนอื่นกำหนดความเร่งด้วยสูตร

a = (V - V₀) / t

a = (V - V₀) / t = (16 - 10) / 300 = 0.02 = m/s²

ตอนนี้เรารู้ถึงความเร่งของรถ คือ 0.02 = m/s² เรารู้มวล: 2000 กิโลกรัม ดังนั้นเราจึงสามารถแทนที่ข้อมูลที่เรามีในสมการสำหรับแรงและคำนวณแรงได้:

F = ma = 2000 × 0.02 = 40 นิวตัน

ดังนั้น แรงที่ให้การเร่งความเร็วเท่ากับ 40 นิวตัน

การคำนวณความเร่ง

หินที่มีน้ำหนัก 2 กิโลกรัมจะเพิ่มความเร่งอย่างไรบ้างหากใช้แรงเท่ากับ 20 นิวตัน?

ในปัญหานี้ เรารู้มวลและแรง ดังนั้น เราจึงสามารถแทนที่ตัวแปรที่รู้จักสองตัวลงในสูตรและคำนวณความเร่ง:

a = F / m = 20 / 2 = 10 m/s²

เป็นผล ให้เราพบว่าหินจะเพิ่มความเร่ง 10 m/s²

การคำนวณมวล

เครนก่อสร้างใช้แรง 1,000 นิวตันเพื่อยกบล็อกคอนกรีต และบล็อกมีความเร่ง 0.5 m/s² ในการคำนวณมวลของบล็อก เราสามารถใช้สูตร:

m = F / a

เราแทนที่ข้อมูลที่เรามีและแรงและความเร่งในสูตร และเราก็ได้รับ:

m = F / a = 1000 / 0.5 = 2000 kg

ดังนั้น มวลของบล็อกจึงเท่ากับ 2000 กก.

บทสรุป

เครื่องคำนวณแรงเป็นเครื่องมือที่มีค่าสำหรับทุกคนที่ศึกษาฟิสิกส์หรือทำงานด้านฟิสิกส์และวิศวกรรม เป็นเครื่องคิดเลขที่เรียบง่ายและมีประสิทธิภาพสำหรับการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับแรง มวล และความเร่งซึ่งขึ้นอยู่กับกฎการเคลื่อนที่ที่สองของนิวตัน

กฎการเคลื่อนไหวที่สองของนิวตันเป็นรากฐานของกลศาสตร์คลาสสิก มันทำหน้าที่เป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบจรวดและยานพาหนะอื่น ๆ การศึกษาพลวัตของของเหลว และการวิเคราะห์โครงสร้างและวัสดุ

ด้วยเครื่องคำนวณแรง คุณสามารถค้นหาตัวแปรที่หายไปในสมการ F = ma ได้อย่างง่ายดายและใช้เพื่อแก้ปัญหาในด้านต่าง ๆ ไม่ว่าคุณจะเป็นนักเรียน ครูฟิสิกส์ วิศวกร หรือนักวิทยาศาสตร์ เครื่องคำนวณแรงนี้จะทำให้การคำนวณของคุณแม่นยำและมีประสิทธิภาพมากขึ้น