Pregunta
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Forces \( F_{1}\left(10 \mathrm{~N}, 090^{\circ}\right), \mathrm{F}_{2}\left(20 \mathrm{~N}, 210^{\circ}\right) \) and \( \mathrm{F}_{3}\left(4 \mathrm{~N}, 330^{\circ}\right) \) act on a particle. Find, correct to one decimal place, the magnitude of the resultant force.

Ask by Weston Hilton. in Nigeria
Jan 21,2025

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The resultant force has a magnitude of 14.0  N.

Solución

To find the magnitude of the resultant force acting on the particle, we'll break down each force into its Cartesian components (x and y), sum these components, and then calculate the magnitude of the resulting vector. ### Given Forces: 1. \( F_{1} = 10 \text{ N at } 90^{\circ} \) 2. \( F_{2} = 20 \text{ N at } 210^{\circ} \) 3. \( F_{3} = 4 \text{ N at } 330^{\circ} \) ### Step 1: Break Down Each Force into Components **Force \( F_{1} \):** - \( F_{1x} = 10 \cos(90^{\circ}) = 0 \) - \( F_{1y} = 10 \sin(90^{\circ}) = 10 \text{ N} \) **Force \( F_{2} \):** - \( F_{2x} = 20 \cos(210^{\circ}) = 20 \times (-\frac{\sqrt{3}}{2}) \approx -17.32 \text{ N} \) - \( F_{2y} = 20 \sin(210^{\circ}) = 20 \times (-0.5) = -10 \text{ N} \) **Force \( F_{3} \):** - \( F_{3x} = 4 \cos(330^{\circ}) = 4 \times \frac{\sqrt{3}}{2} \approx 3.46 \text{ N} \) - \( F_{3y} = 4 \sin(330^{\circ}) = 4 \times (-0.5) = -2 \text{ N} \) ### Step 2: Sum of Components - **Total \( x \)-component:** \[ F_{\text{total}_x} = F_{1x} + F_{2x} + F_{3x} = 0 - 17.32 + 3.46 \approx -13.86 \text{ N} \] - **Total \( y \)-component:** \[ F_{\text{total}_y} = F_{1y} + F_{2y} + F_{3y} = 10 - 10 - 2 = -2 \text{ N} \] ### Step 3: Calculate the Magnitude of the Resultant Force \[ |\mathbf{F}_{\text{resultant}}| = \sqrt{(F_{\text{total}_x})^2 + (F_{\text{total}_y})^2} = \sqrt{(-13.86)^2 + (-2)^2} \approx \sqrt{191.88 + 4} \approx \sqrt{195.88} \approx 14.0 \text{ N} \] ### **Final Answer:** The magnitude of the resultant force is **14.0  N**.

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Beyond the Answer

To find the resultant force from the given forces, we can break each force into its components using trigonometric functions. 1. For \( F_1(10 \, \text{N}, 90^\circ) \): - \( F_{1x} = 10 \cos(90^\circ) = 0 \) - \( F_{1y} = 10 \sin(90^\circ) = 10 \) 2. For \( F_2(20 \, \text{N}, 210^\circ) \): - \( F_{2x} = 20 \cos(210^\circ) = 20(-\sqrt{3}/2) \approx -17.32 \) - \( F_{2y} = 20 \sin(210^\circ) = 20(-1/2) = -10 \) 3. For \( F_3(4 \, \text{N}, 330^\circ) \): - \( F_{3x} = 4 \cos(330^\circ) = 4(\sqrt{3}/2) \approx 3.464 \) - \( F_{3y} = 4 \sin(330^\circ) = 4(-1/2) = -2 \) Now, we sum up the components: - \( R_x = F_{1x} + F_{2x} + F_{3x} = 0 - 17.32 + 3.464 \approx -13.856 \) - \( R_y = F_{1y} + F_{2y} + F_{3y} = 10 - 10 - 2 = -2 \) The magnitude of the resultant force \( R \) is calculated using the Pythagorean theorem: \[ R = \sqrt{R_x^2 + R_y^2} \approx \sqrt{(-13.856)^2 + (-2)^2} \approx \sqrt{192.491 + 4} \approx \sqrt{196.491} \approx 14.0 \text{ N} \] Therefore, the magnitude of the resultant force, correct to one decimal place, is approximately \( 14.0 \, \text{N} \).

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EXERCICE 3 : ( 5 points) Au cours d'une promenade ton voisin de classe a assisté à une scène. Il a vu un enfant qui s'amusait à plonger dans l'eau d'une rivière à partir du point \( C_{0} \) d'un rocher. Cet enfant, considéré comme un point matériel, voulait attraper un ballon flottant au point \( \vec{A} d{ }^{-1} \) cettel rivière. Ton voisin veut déterminer la valeur de la vitesse \( \vec{V}_{0} \) avec laquelle l'enfant a fait ce plongeon du point de départ \( \mathrm{C}_{0} \) jusqu'au point A (voir schéma ci-contre). A la date \( t=0 \) s, l'enfant s'est élancé du rocher avec une vitesse \( \overrightarrow{V_{0}} \), de valeur \( V_{0} \), incliné d'un angle \( \alpha 0 \) par rapport à l'horizontale. La valeur \( V_{0} \) peut varier et le mouvement du centre d'inertie \( C \) de l'enfant s'effectue dans le référentiel terrestre supposé galiléen muni du repère \( (0, \vec{\imath}, \vec{j}) \). A la date \( t=O \) s, le centre d'inertie de l'enfant, de masse \( m \), est en \( C_{0} \) tel que \( O C_{0}=2 \mathrm{~m} \). Les frottements contre l'air sont négligés lors du plongeon de cet enfant. Données: \( g=9,8 \mathrm{~m} \cdot \mathrm{~s}^{-2} ; \alpha_{0}=45^{\circ} ; \quad O A=2 \mathrm{~m} \) Ton voisin te sollicite pour la détermination de \( V_{0} \). 1. Montre qu'au cours de son plongeon, le vecteur accélération \( \vec{a} \) de l'enfant est égal au vecteur champ de pesanteur uniforme \( \vec{g} \). 2. Détermine les équations horaires du mouvement de l'enfant dans le repère \( (0, \vec{\imath}, \vec{\jmath}) \). 3. Etablis l'équation littérale de la trajectoire \( y=f(x) \) de l'enfant dans le repère \( (0, \vec{\imath}, \vec{j}) \). 4. Détermine les coordonnées \( X_{A} \) et \( Y_{A} \) de l'enfant lorsqu'il arrive au point \( A \) où se trouve le ballon. 5. Déduis de la réponse à la question précédente la valeur de \( V_{0} \) pour qu'à l'issu de ce plongeon l'enfant se retrouve au point A de cette rivière.
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