力計算機
運用牛頓第二定律,由質量與加速度計算合力。
計算力
輸入以公斤為單位的質量,以及以公尺每平方秒為單位、帶正負號的加速度。
關於力與牛頓第二定律
力描述會改變物體動量的交互作用。對慣性參考系中質量固定的物體而言,牛頓第二定律可簡化為合力等於質量乘以加速度。本計算機接受以公斤為單位的質量和以公尺每平方秒為單位的加速度,再以牛頓、千牛頓與磅力顯示結果。一牛頓正是讓一公斤物體產生一公尺每平方秒加速度所需的力。
計算值是合力,也就是沿所選方向作用的所有外力之向量和,不一定等於某個推力或拉力的大小。例如,若摩擦力阻礙運動,施加的力必須先克服摩擦,還要提供加速所需的合力。套用公式前,自由體圖有助於辨識重力、正向力、張力、阻力、推力及接觸力。請維持一致的正方向;負加速度會得到負的力分量,表示方向相反。
質量與重量相關,但並不相同。質量衡量慣性,位置改變時大致保持不變。重量是作用於該質量的重力,等於質量乘以當地重力加速度。地球標準重力附近的加速度約為 9.80665 公尺每平方秒,但會隨海拔和緯度略有變化。體重計的感測元件雖然感應的是力,卻通常顯示對應的質量。
此簡單乘積適用於質量固定,且在慣性參考系中評估加速度的情況。火箭等變質量系統需要加入動量流項,接近光速的運動則需要相對論力學。旋轉或加速參考系可能引入慣性力。本工具適合力學作業、運動估算、致動器尺寸選定檢核與單位換算,但實際設計仍須納入負載方向、動態峰值、摩擦、衝擊、疲勞及安全係數。起重、結構、車輛或機械應用應確認所有負載情境及適用工程標準,而非只用單一理想合力值決定設備規格。
力計算範例
| 質量與加速度 | 合力 | 範例情境 |
|---|---|---|
| 10 kg,加速度 5 m/s² | 50 N | 簡單水平加速 |
| 75 kg,加速度 9.80665 m/s² | 735.499 N | 地球標準重力下的重量大小 |
| 1,200 kg,加速度 2.5 m/s² | 3,000 N | 車輛合力估算 |
如何計算力
- 選定正方向,並確認物體以公斤為單位的質量。
- 求出以公尺每平方秒為單位的加速度分量。
- 輸入兩個數值,選擇「計算力」。
- 以正負號判斷方向,並選擇所需輸出單位。
常見問題
力計算機使用什麼公式?
它使用牛頓第二定律的形式:力等於質量乘以加速度。此形式適用於慣性參考系中質量固定的物體。
一牛頓是什麼?
一牛頓等於一公斤公尺每平方秒,也就是讓一公斤質量產生一公尺每平方秒加速度的力。
力和重量一樣嗎?
重量是重力造成的一種特定力,而力是更廣泛的物理量。重量等於質量乘以當地重力加速度。
加速度可以是負值嗎?
可以。負值表示加速度朝向所選正方向的反方向。計算出的力分量會帶有相同符號。
這裡算的是施力還是合力?
質量直接乘以加速度的結果是合力。若要找出某個施力,請將其他所有力納入自由體方程式,再解出未知量。