Definicja siły w fizyce

Siła jest ilościowym opisem interakcji, która powoduje zmianę ruchu obiektu. Obiekt może prędkość zwalniać, zwalniać lub zmieniać kierunek w odpowiedzi na siłę. Innymi słowy, siła to każde działanie, które dąży do utrzymania lub zmiany ruchu ciała lub jego zniekształcenia. Przedmioty są popychane lub ciągnięte przez siły działające na nie.

Siła kontaktowa jest definiowana jako siła wywierana, gdy dwa obiekty fizyczne stykają się ze sobą bezpośrednio. Inne siły, takie jak grawitacja i siły elektromagnetyczne, mogą oddziaływać nawet na pustą próżnię przestrzeni.

Najważniejsze informacje: kluczowe warunki

Siła jest wektor; ma zarówno kierunek, jak i wielkość. Jednostką siły SI jest niuton (N). Jeden niuton siły jest równy 1 kg * m / s2 (gdzie symbol „*” oznacza „czasy”).

Siła jest proporcjonalna do przyśpieszenie, który jest zdefiniowany jako szybkość zmiany prędkości. W kategoriach rachunku siła jest pochodną pędu w odniesieniu do czasu.

Istnieją dwa rodzaje sił we wszechświecie: kontakt i bezkontakt. Siły kontaktowe, jak sama nazwa wskazuje, mają miejsce, gdy przedmioty stykają się ze sobą, takie jak kopanie piłki: jeden przedmiot (stopa) dotyka drugiego obiektu (piłki). Siły bezkontaktowe to te, w których obiekty się nie stykają.

Siły kontaktowe można sklasyfikować według sześciu różnych typów:

• Wymiarowe: takie jak ciasno naciągnięty sznur
• Wiosna: takie jak siła wywierana podczas ściskania dwóch końców sprężyny
• Normalna reakcja: gdzie jedno ciało reaguje na siłę wywieraną na niego, taką jak piłka odbijająca się na blacktopie
• Tarcie: siła wywierana, gdy obiekt porusza się przez inny obiekt, na przykład piłkę toczącą się nad blacktopem
• Tarcie powietrzne: tarcie występujące, gdy obiekt, taki jak piłka, porusza się w powietrzu
• Waga: gdzie ciało jest przyciągane w kierunku środka Ziemi z powodu grawitacji

Siły bezkontaktowe można sklasyfikować według trzech rodzajów:

• Grawitacyjny: co wynika z przyciągania grawitacyjnego między dwoma ciałami
• Elektryczny: co wynika z ładunków elektrycznych obecnych w dwóch ciałach
• Magnetyczny: który występuje z powodu właściwości magnetycznych dwóch ciał, takich jak przyciąganie do siebie przeciwnych biegunów dwóch magnesów

Pojęcie siły zostało pierwotnie zdefiniowane przez Sir Isaac Newton w jego trzy prawa ruchu. Wyjaśnił powaga jako atrakcyjna siła między posiadanymi ciałami masa. Jednak grawitacja w środku Ogólna teoria względności Einsteina nie wymaga siły.

Pierwsza zasada ruchu Newtona mówi, że obiekt będzie nadal poruszał się ze stałą prędkością, chyba że zostanie na niego działająca siła zewnętrzna. Obiekty w ruchu pozostają w ruchu, dopóki siła na nich nie zadziała. To jest bezwładność. Nie będą przyspieszać, zwalniać ani zmieniać kierunku, dopóki coś na nich nie zadziała. Na przykład, jeśli przesuniesz krążek hokejowy, w końcu zatrzyma się z powodu tarcia na lodzie.

Druga zasada ruchu Newtona mówi, że siła jest wprost proporcjonalna do przyspieszenia (szybkości zmiany pędu) dla stałej masy. Tymczasem przyspieszenie jest odwrotnie proporcjonalne do masy. Na przykład, gdy rzucasz piłkę rzuconą na ziemię, wywiera ona siłę skierowaną w dół; ziemia w odpowiedzi wywiera siłę skierowaną do góry, powodując odbicie piłki. To prawo jest przydatne do pomiaru sił. Jeśli znasz dwa czynniki, możesz obliczyć trzeci. Wiesz również, że jeśli obiekt przyspiesza, musi działać na niego siła.

Trzecia zasada ruchu Newtona odnosi się do interakcji między dwoma obiektami. Mówi, że dla każdej akcji występuje równa i przeciwna reakcja. Kiedy siła przyłożona jest do jednego obiektu, ma taki sam wpływ na obiekt, który wytworzył siłę, ale w przeciwnym kierunku. Na przykład, jeśli zeskoczysz z małej łódki do wody, siła, której użyjesz, aby wskoczyć do wody, popchnie również łódź do tyłu. Siły akcji i reakcji zachodzą jednocześnie.

Tam są cztery podstawowe siły rządzące oddziaływaniami układów fizycznych. Naukowcy kontynuują ujednoliconą teorię tych sił:

1. Grawitacja: siła działająca między masami. Wszystkie cząstki doświadczają siły grawitacji. Na przykład, jeśli trzymasz piłkę w powietrzu, masa Ziemi pozwala jej spaść z powodu siły grawitacji. Lub jeśli mały ptaszek wyczołguje się z gniazda, grawitacja z Ziemi przyciągnie go do ziemi. Chociaż grawiton został zaproponowany jako cząsteczka pośrednicząca w grawitacji, nie został jeszcze zaobserwowany.

2. Elektromagnetyczny: siła działająca między ładunkami elektrycznymi. Cząstką pośredniczącą jest foton. Na przykład głośnik wykorzystuje siłę elektromagnetyczną do rozchodzenia się dźwięku, a system blokowania drzwi banku wykorzystuje siły elektromagnetyczne, aby szczelnie zamknąć drzwi skarbca. Obwody zasilające w instrumentach medycznych, takich jak obrazowanie rezonansem magnetycznym, wykorzystują siły elektromagnetyczne, podobnie jak magnetyczne systemy szybkiego tranzytu w Japonii i Chinach - zwane „maglev” dla lewitacji magnetycznej.

3. Silny jądrowy: siła, która utrzymuje jądro atomu razem, za pośrednictwem działających na nie gluonów kwarki, antykwarki i same gluony. (Gluon to cząsteczka posłańca, która wiąże kwarki w protonach i neutronach. Kwarki są podstawowymi cząsteczkami, które łączą się, tworząc protony i neutrony, podczas gdy antykwarki są identyczne z kwarkami w masie, ale mają przeciwne właściwości elektryczne i magnetyczne.)

4. Słaby nuklearny: siła, w której pośredniczy wymiana W i Z bozony i jest widoczny w rozpadzie beta neutronów w jądrze. (Bozon jest rodzajem cząstki, która przestrzega zasad statystyki Bosego-Einsteina.) W bardzo wysokich temperaturach słaba siła i siła elektromagnetyczna są nierozróżnialne.