車を動かすのに必要な力を計算する方法

著者: Bill Davis
作成日: 2 2月 2021
更新日: 17 5月 2024
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車を動かすのに必要な強さを知ることは、自動車やその他の輸送機器(電車からスペースシャトルまで)を設計する上で不可欠です。幸いにも、このタイプの運動を管理し、普遍的に適用できる単純な物理法則があります。この記事では、車の加速に関連するニュートンの第2法則について説明します。

ニュートンの第二法則を使用する

ステップ1

ニュートンの第2法則を使用します。これは、2つ以上のオブジェクトが互いに相互作用するときはいつでも、それらに作用する力が存在することを示します。力には2つの一般的なタイプがあります。接触力(加えられた力、摩擦など)と距離または場の力(重力、電気的および磁気的)です。

ステップ2

車にかかる力に注目してください。平らな地面にあり、摩擦が無視できる場合(これは、タイヤを膨らませてゆっくりと動かす場合に当てはまります)、その車を加速するために必要な力は、力=質量x加速度またはF = M x aで与えられます。 。この方程式によれば、ゆっくりとではありますが、非常に小さな力でも車を動かすのに十分です。


ステップ3

車の「M」質量(キログラム)と希望の「a」加速度(m /s²)を使用して、ニュートンの第2法則の式にパラメーターを入力し、必要な「F」力(m /s²)を取得します。これは単位に相当します。基本的な力、ニュートン。

車が坂道にある場合

ステップ1

加速に必要な力に加えて、下向きの力の垂直成分を考慮します。

ステップ2

車の質量にキログラム単位の標準重力の一定加速度9.8 m /s²を掛けて、重力によって引き起こされる下向きの力を計算します。

ステップ3

図に示すように、90度のコサインから勾配を差し引いた勾配を掛けて、この垂直力の成分を計算します(勾配力x cos(90勾配)=勾配力x cos(theta )=力の垂直成分)。


例:上記のオレンジ色のジープの重量は1,450 kgで、30度の傾斜で静止しています。ジープが回転できる方向(力の垂直成分)でジープに作用する重力は、傾斜力(9.8 x 1,450 = 14,250ニュートンm /s²)に90の余弦-傾き(cos (90-30)= 0.5)、これは14,250 x 0.5 = 7,125ニュートンメートル/秒の2乗です。

これは、ニュートンの第2法則に従って、ジープが自由に転がる場合、下り坂で7,125ニュートンm /s²を1,450 kgで割った値であり、1秒あたり5メートルに等しいことを意味します。 1秒間のローリングの後、ジープは毎秒5メートルの2乗で移動します。