合力計算機

將兩個力向量相加,求出合力、方向、分量與加速度。

合力計算機
輸入物體質量及兩個力的大小和角度,角度由x軸正方向起逆時針量測。

第一個力向量

第二個力向量

關於合力

合力是作用在物體上所有力的向量和。與一般算術不同,向量相加必須同時考慮大小與方向。兩個力可以彼此增強、部分抵銷,或合成指向新方向的力。本計算機將兩個力向量分解為互相垂直的x與y分量,將對應分量相加,再求出合力大小與方向。已知物體質量時,也會套用牛頓第二定律求得加速度。 角度由x軸正方向起逆時針量測。每個力的x分量等於其大小乘以角度的餘弦,y分量等於其大小乘以角度的正弦。合力分量是各對應分量之和。畢氏定理可求出合力大小,雙參數反正切函數則給出位於正確象限的方向。將非負的合力大小除以質量,即得加速度大小。 正負號帶有重要物理資訊。零度的力指向右方,九十度指向上方,一百八十度指向左方,負九十度指向下方。兩個大小相等且夾角為一百八十度的力會抵銷;若無其他力作用,物體便處於靜止或等速度運動的平衡狀態。互相垂直的力不能直接相加大小;例如三牛頓與四牛頓的力互相垂直時,合力為五牛頓。 輸入數值前應先繪製自由體圖,視情況納入外加力、重力、正向力、張力、摩擦力與阻力,再選擇一致的座標系。這個雙向量模型適合教科書範例與快速核對。更複雜的系統可先合併若干組力,或分別加總所有x與y分量。本計算將物體視為質點,並假設輸入的力同時作用。對剛體而言,偏心力也可能產生力矩,因此僅靠平移合力無法描述完整運動。

合力範例

力與質量結果意義
3 N,方向0°;4 N,方向90°;質量5 kg5 N,方向53.130102°,a = 1 m/s²垂直向量形成3-4-5直角三角形。
10 N,方向0°;4 N,方向180°;質量2 kg6 N,方向0°,a = 3 m/s²方向相反的力部分抵銷。
5 N,方向45°;5 N,方向-45°;質量2.5 kg7.071068 N,方向0°,a = 2.828427 m/s²鉛直分量抵銷,水平分量相加。

如何計算合力

  1. 繪製自由體圖,並選定x軸正方向。
  2. 以公斤輸入物體質量。
  3. 輸入每個力的大小及以度表示的逆時針角度。
  4. 選取「計算合力」,分解、相加並顯示向量結果。

合力常見問題

合力為零代表什麼?

合力為零表示加速度為零。物體可能靜止,也可能做等速度運動。

合力是純量還是向量?

合力是具有大小與方向的向量,因此必須依各分量合成力。

力的大小可以是負數嗎?

大小通常非負,方向由角度表示。本計算機接受帶正負號的數值,負值等同於反轉輸入方向。

質量如何影響合力?

質量不會改變輸入力的總和,但會改變加速度;相同合力作用於較大質量時,加速度較小。

合力包含重力嗎?

只有將重力作為其中一個力向量輸入時才會包含。完整的自由體分析應納入重力及所有相關外力。