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斜面计算器

求出沿斜坡向下的加速度,以及平行力、法向力和摩擦力,还有斜坡的机械增益。

关于此工具

斜面计算器是一款免费的浏览器内工具,用于分解斜坡上物体所受的力,并预测它沿坡向下加速的快慢。输入质量、倾角和可选的摩擦系数;作为简单机械,斜坡的机械增益也会一并显示。一切都在本地计算,不上传任何内容。

重力被分解为沿斜坡的分量 m·g·sinθ 和压入斜坡的分量,后者给出法向力 N = m·g·cosθ(g = 9.81 m/s²)。摩擦力以 f = μ·N 阻碍运动,因此沿坡向下的净力为 m·g·sinθ − f,加速度为 a = g·(sinθ − μ·cosθ)。若摩擦力大到足以抵消拉力,物体不会移动,加速度为零。斜坡的理想机械增益为 1 ÷ sinθ——更平缓的坡度让较小的力沿更长的距离抬起同样的负载。

可用于物理作业、斜坡与传送带设计,或判断负载是否会滑动。当 μ 取零时,你会得到经典的无摩擦结果 a = g·sinθ。

常见问题

沿斜坡向下的加速度是如何计算的?
加速度为 a = g·(sinθ − μ·cosθ),即沿坡的重力分量减去摩擦,再除以质量。质量相互抵消,所以加速度只取决于角度、摩擦系数和 g。
为什么法向力小于物体的重力?
在斜坡上,只有垂直于表面的那部分重力分量把物体压在面上,所以 N = m·g·cosθ。坡度越陡,cosθ 越小,法向力也越小——竖直时降为零。
斜面的机械增益是多少?
作为简单机械,其理想机械增益为 1 ÷ sinθ。平缓的斜坡有较高的值:你用较小的力,但沿更长的距离,把负载抬到相同的高度。
有任何数据被上传吗?
没有。所有力和加速度的运算都在你的浏览器中进行;你的输入绝不会离开你的设备。

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