For å rekna på, eller simulera, bevegelsar av fysiske objekt, så tar vi ofte utgangspunkt i Newtons lover, og den viktigaste er Newtons andre lov: Fsum = ma. Her er Fsum vektorsummen av alle kreftene som virkar på gjenstanden, m er massen til gjenstanden, og a er akselerasjonen, som også er ein vektor. Hvis vi har rettlinja bevegelse, så blir F og a skalare størrelsar med fortegn i forhold til ein definert pluss-retning, men som regel vil vi ha behov for å kunna både vektorsummar og å dekomponera krefter. Les om begrepet kraft.
For å finna vi kraftsummen, må vi først finn alle dei kreftene som virkar på objektet. Her er ein oppsummering av dei kreftene som vanligvis dukkar opp i Fysikk 1.
Tyngda til ein gjenstand er det same som tyngdekrafta G som
virkar på det i eit tyngdefelt. Til vanlig skriv vi den som G = mg, der m
er massen til gjenstanden i kg, og g er tyngdeakselerasjon
som vi til vanlig, når vi befinn oss nær havnivå, reknar som 9.81 m/s2 .
Tyngden er altså ei kraft og
blir målt i newton (N). Den virkar frå jorda på gjenstanden, og retningen
er rett ned. Årsaken til tyngdekrafta er at to gjenstandar virkar på
kvarandre med ei kraft som vi kallar Gravitasjonskrafta. Les
meir om gravitasjonskrafta.
For ein gjenstand som er i ro eller beveger seg på eit underlag, for eksempel på eit skråplan, er normalkrafta den kraftkomponenten som står vinkelrett (normalt) på underlaget. Vi bruker som regel symbolet N for normalkrafta. Hvis underlaget er flatt (horisontalt), så virkar normalkrafta rett opp. Les meir om normalkrafta.
Vi kan lauselig definera ei snorkraft som den krafta ei snor (kabel, tau) virkar med på ein gjenstand. Når vi feks. drar ein klosse, så vil snora virka med ei kraft mot høgre på klossen. Men snora vil også virka med ei kraft mot venstra på hånda. Vi reknar veldig ofte snorer som masselause, og då er disse to kreftene like i størrelse (men altså motsatt i retning).
Når tauet går gjennom trinser, så reknar vi også at snorkreftene i begge endar er like. Forutsetninga er at trinsa er friksjonslaus og masselaus. Så i figuren under virkar tauet med den same krafta S på klosse A og klosse B. Som vi ser virkar alltid snorkrafta langs tauet. Les meir om snorkrefter.
Hvis vi drar, eller prøver å dra ein gjenstand på eit underlag, så virkar underlaget på gjenstanden med ei kraft. Vi bruker som regel bokstaven R for denne krafta. Det er to variantar av denne krafta. Hvis gjenstanden glir, så kallar vi det glidefriksjon. Vi reknar den som konstant, og gitt ved formelen
R = µN
Det betyr at friksjonskrafta R er proporsjonal med Normalkrafta N, dvs krafta på klossen frå bordet. Proporsjonalitetskonstanten µ kallast for friksjonskoeffisienten og er eit tal uten enhet. Når vi har glidefriksjon, så er retningen på friksjonskrafta motsatt av fartsretningen.
Hvis gjenstanden er i ro, så vil vi ha at friksjonskrafta er lik den eller dei kreftene som drar. Dette kallar vi kvilefriksjon. Altså har vi at R = F. Retningen på R, vil då vera slik at den balanserer dei andre kreftene. I vårt tilfelle vil den ha motsatt retning av F. Den maksimale kvilefriksjonen er litt større enn glidefriksjonen. Les meir om friksjon.
Luftmotstand er den krafta som lufta, eller ei væske virkar med på ein gjenstand som bevegar seg gjennom lufta / væska. Retningen til luftmotstanden er motsatt retta av farten. Vi bruker gjerne bokstaven L for luftmotstand, men på engelsk kan du ofte sjå D (for Drag) eller Fdrag, som på figuren.
For dei fleste formål gjeld det at motstandskrafta FD er proporsjonal med kvadratet av farten til gjenstanden, dvs:
FD = -k * v2
Verdien av konstanten k, er avhengig av både størrelsen til objektet, formen og overflata. I tillegg er også ulike parameterar for lufta / væska viktige. Les meir om luftmotstand.
Krafta frå ei fjør eller ein strikk kallar vi ofte for ei fjørkraft. Denne krafta virkar alltid inn mot likevektspunktet (x0 på figuren.) Det er ikkje noke bestemt symbol for fjørkrafta, så under har vi bare brukt F:
Størrelsen på fjørkrafta er omtrent beskriven av Hookes lov: F = -kx, som seier at den fjørkrafta er proporsjonal med den avstanden x, frå likevektspunktet. Proporsjonalitetskonstanten k kallast for fjørstivheten, og fortel kor vanskelig det er å strekkja fjøra. Jo større k, jo hardare er det. Dette kan vi bruka til å simulera eit elastisk svingesystem. Les meir om svingesystem.
Når ein gjenstand er heilt eller delvis nedsenka i ei væske (eller ein gass) så virkar det trykk-krefter frå væska på gjenstanden. Summen av disse trykkreftene kallast oppdrift, og den virkar rett opp. Størrelsen er gitt ved Arkimedes lov. Den seier at oppdrifta er lik vekta av den fortrengte væskemengda. Dette kan vi skriva som at O = ρv V g. Her er ρv massetettheten ρv til vatnet / værska, V er volumet til den delen av gjenstanden som er under vatn, (markert med gult på figuren under) og g er tyngdeakselerasjonen. Les meir om oppdrift.
