什么是支持力?
支持力(也叫正压力)是接触面垂直于物体施加的支撑力,它的方向始终与接触面垂直。正是这股力让物体不会陷进地板,也不会沿地面滑落。在水平面上,支持力恰好与物体的全部重力相平衡;而在斜面上,接触面只需要承担重力中垂直于斜面的那个分量,因此此时的支持力会比物体的实际重量更小。
如何使用本计算器
请输入物体的质量(单位:千克)、重力加速度(地球上约为 9.81 m/s²),以及从水平方向量起的斜面倾角(单位:度)。如果是水平面,把倾角保持为 0 即可。计算器会输出以牛顿(N)为单位的支持力,同时给出物体的重力,方便你直观对比两者的差异。
公式详解
斜面上的支持力公式为 $$N = m \cdot g \cdot \cos\!\left(\theta\right)$$,其中 \(m\) 为质量,\(g\) 为重力加速度,\(\theta\) 为斜面倾角。物体的重力为 \(m \cdot g\),方向竖直向下。把重力分解为平行于斜面和垂直于斜面两个分量后,垂直分量正好是 \(m \cdot g \cdot \cos(\theta)\)——这就是接触面需要"顶回去"的那部分力。当 \(\theta = 0\) 时,\(\cos(0) = 1\),公式便简化为 \(N = m \cdot g\)。
实例演算
一个 10 kg 的箱子放在倾角为 30° 的斜坡上,取 \(g = 9.81 \text{ m/s}^2\)。它的重力为 $$10 \times 9.81 = 98.1 \text{ N}$$ 支持力则为 $$98.1 \times \cos(30°) = 98.1 \times 0.8660 \approx 84.96 \text{ N}$$ 由于斜面是倾斜的,支持力小于完整的 98.1 N 重力。
常见问题
支持力总是等于重力吗? 只有在水平面上、且没有其他竖直方向外力时才相等。在斜面上,支持力会按 \(\cos(\theta)\) 的比例减小。
计算结果的单位是什么? 是牛顿(N),即国际单位制(SI)中力的单位。
水平地面应该用多少度? 用 0 度,此时公式即为 \(N = m \cdot g\)。