垂直抗力計算機

垂直抗力は、面がその面に垂直な方向に及ぼす接触力です。机は静止した物体を上向きに支え、斜面は傾きに垂直な方向に物体を押し、エレベーターの床の支持力は加速度に応じて変わります。英語のnormalは幾何学では垂直を意味し、普通という意味ではありません。垂直抗力の単位はニュートンで、接触面に垂直な方向の力の関係から求めます。 水平面上で、ほかの鉛直方向の力も鉛直加速度もなければ、支持力は重力とつり合い、質量と重力加速度の積になります。この計算機では標準重力加速度9.80665メートル毎秒毎秒を使います。この場合は垂直抗力と重力の大きさが等しくても、二つは別の力です。重力は物体の重心を通って地球に向かい、垂直抗力は接触面で作用します。 斜面では、重力のうち斜面に垂直な成分だけが物体を面に押し付けます。水平から測った斜面角度に対し、垂直抗力は質量、重力加速度、角度の余弦の積です。斜面が急になるほど小さくなり、面が鉛直に近づくとゼロに近づきます。これは、ほかの力が斜面に垂直な成分を持たず、物体が接触を保つことを仮定しています。 水平面上で下向きの外力を加えると、接触力は増えます。計算機はその荷重を物体の重力に加算します。別の角度で力を加える場合は、まず面に垂直な成分に分解してください。垂直抗力を変えるのはその成分だけです。上向きに引く力は接触力を減らし、必要な支持力が負になるなら接触は失われます。 エレベーター内の見かけの重さは、床から受ける垂直抗力です。上向きの加速度を正とすると、力は質量と、標準重力加速度にエレベーターの加速度を足した値の積になります。上向きの加速では重く、下向きの加速では軽く感じます。等速運動の加速度はゼロなので、通常の重さになります。理想的な自由落下では下向きの加速度が標準重力加速度に等しく、支持力はゼロになります。 多くの乾性摩擦モデルは摩擦係数と垂直抗力の積を使うため、垂直抗力は摩擦の計算に不可欠です。構造物の反力、車両の駆動力、バンクしたカーブ、接触力学でも重要です。必ず物体の力の図を描き、面に合わせて座標軸を選び、各力を分解してニュートンの運動の第二法則を適用してください。ここでの単純な状況は、剛体の面、質点として扱える物体、標準重力、継続した接触を仮定しています。複雑な系では回転のつり合いや複数の反力が必要になることがあります。