Question: 4. ในรูปที่ 3.22 จงคำนวณหาแรงลัพธ์ของระบบแรงทั้งหมด และหาคูณของแรงที่ทำกับวัตถุ
แรงกระทำ พร้อมเขียนรูปประยุกต์คำตอบ
รูปที่ 3.22
center: diagram of two people pushing a large rock on an inclined plane; one force vector labeled 1,500 N points upward-right at about 62° from the horizontal, another force vector labeled 750 N points up-right at about 34° from the horizontal.User: จากรูปให้หาคำตอบที่ถูกต้อง
1. **ปัญหา:**
ให้แรงสองแรงกระทำกับวัตถุบนระนาบเอียง โดยแรงแรกมีขนาด $1500$ นิวตัน ทำมุม $62^\circ$ กับแนวนอน และแรงที่สองมีขนาด $750$ นิวตัน ทำมุม $34^\circ$ กับแนวนอน
จงหาขนาดและทิศทางของแรงลัพธ์ และหาคูณของแรงที่ทำกับวัตถุ
2. **สูตรที่ใช้:**
แรงลัพธ์ $\vec{R}$ คือผลบวกเวกเตอร์ของแรงทั้งสอง
$$\vec{R} = \vec{F}_1 + \vec{F}_2$$
โดยแยกแรงแต่ละแรงออกเป็นส่วนประกอบแกน $x$ และ $y$:
$$F_{x} = F \cos \theta$$
$$F_{y} = F \sin \theta$$
ขนาดแรงลัพธ์:
$$R = \sqrt{R_x^2 + R_y^2}$$
ทิศทางแรงลัพธ์ (มุมกับแนวนอน):
$$\theta_R = \tan^{-1} \left( \frac{R_y}{R_x} \right)$$
คูณของแรง (Work) คือ:
$$W = F \cdot d \cdot \cos \phi$$
โดย $d$ คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่ และ $\phi$ คือมุมระหว่างแรงและทิศทางการเคลื่อนที่
3. **คำนวณส่วนประกอบแรง:**
แรงที่ 1:
$$F_{1x} = 1500 \cos 62^\circ = 1500 \times 0.4695 = 704.25$$
$$F_{1y} = 1500 \sin 62^\circ = 1500 \times 0.8829 = 1324.35$$
แรงที่ 2:
$$F_{2x} = 750 \cos 34^\circ = 750 \times 0.8290 = 621.75$$
$$F_{2y} = 750 \sin 34^\circ = 750 \times 0.5592 = 419.4$$
4. **รวมส่วนประกอบแรง:**
$$R_x = F_{1x} + F_{2x} = 704.25 + 621.75 = 1326$$
$$R_y = F_{1y} + F_{2y} = 1324.35 + 419.4 = 1743.75$$
5. **คำนวณขนาดแรงลัพธ์:**
$$R = \sqrt{1326^2 + 1743.75^2} = \sqrt{1758276 + 3041990} = \sqrt{4800266} = 2191.87$$
6. **คำนวณมุมแรงลัพธ์:**
$$\theta_R = \tan^{-1} \left( \frac{1743.75}{1326} \right) = \tan^{-1} (1.315) = 52.9^\circ$$
7. **คูณของแรง:**
สมมติว่าวัตถุเคลื่อนที่ไปในทิศทางแรงลัพธ์ $d$ เมตร และมุมระหว่างแรงลัพธ์กับทิศทางการเคลื่อนที่คือ $0^\circ$ (แรงและการเคลื่อนที่ในทิศทางเดียวกัน)
$$W = R \times d \times \cos 0^\circ = R \times d = 2191.87 \times d$$
(ระยะทาง $d$ ต้องทราบเพื่อคำนวณคูณของแรง)
**สรุป:**
- แรงลัพธ์มีขนาดประมาณ $2192$ นิวตัน
- ทิศทางแรงลัพธ์ทำมุมประมาณ $52.9^\circ$ กับแนวนอน
- คูณของแรงขึ้นอยู่กับระยะทาง $d$ ที่วัตถุเคลื่อนที่ตามทิศทางแรงลัพธ์