Ordet kraft vises i stort set alle tænkelige aspekter af det daglige liv, fra sport til vejr til militære konflikter. Men grundlæggende er kraft et begreb, der er rodfæstet i fysik, hvor det har en meget specifik og kritisk betydning. Standardenheden for kraft er newtonen (N) svarende til kg ⋅ m / s2.
Kraft er en af to størrelser af fysik, der påvirker bevægelsen af en genstand, den anden er masse. Beskrivelsen af objekters bevægelse i rummet kaldes kinematik, der tager højde for position, hastighed og acceleration; inklusive kraft og masse i studiet af bevægelse introducerer begrebet dynamik.
Newtons bevægelseslove
Før du lærer om specifikke kræfter, og hvordan man foretager beregninger, der involverer denne mængde, er det nyttigt at gennemgå de tre grundlæggende bevægelseslove udtænkt af Isaac Newton:
1. Ethvert objekt i en tilstand af konstant bevægelse (inklusive hvile) forbliver i denne tilstand, medmindre det påvirkes af ekstern kraft.
2. Kraft er produktet af masse og acceleration.
3. For hver kraft findes der en kraft, der er modsat i retning og lige stor.
Newtons anden lov er den største interesse, hvis du vil beregne kraft eller bestemme masse eller acceleration, hvis der gives information om kraften og en af de to andre størrelser. Acceleration er en ændring i hastighed.
Eksempler på styrker
Du kan tænke på en kraft som noget, der skubber eller trækker; skønt det er nyttigt som metafor, gør det dog ikke meget for at fremme din virkelige forståelse. I stedet er en liste, der viser rækkevidden af naturlige kræfter, et bedre værktøj til at blive fortrolig med de kræfter, du vil bruge i dine fysiske beregninger.
Vægt er en mystisk kraft, der virker på alle genstande med masse og er resultatet af tyngdekraften, som ved jordens overflade har en værdi på 9,8 meter pr. sekund i kvadrat (9,8 m / s2). Spænding, elasticitet, friktion og den såkaldte normal kraft er kræfter, der virker på faste stoffer; opdrift, løft, stød og træk er kræfter, der entydigt er forbundet med væsker (væsker og gasser).
Det elektrostatisk og magnetisk kræfter er forbundet med ladede partikler. Naturen inkluderer også fire grundlæggende kræfter der giver anledning til alle andre kræfter. En af disse er tyngdekraften, der er langt den svageste grundlæggende kraft; de andre er elektromagnetisme og stærk og svag nuklear interaktioner i atomer.
Force ligningen
Standardformen for kraftformlen på tværs af fysik siger, at netto ekstern kraft på et objekt er produktet af dets masse og dets acceleration:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Her er kraft og acceleration vektormængder, hvilket betyder, at de både har en værdi (størrelse, repræsenteret af et tal) og en retning i rummet, der er knyttet til dem. Masse er en skalær mængde, hvilket betyder, at det er beskrevet fuldt ud med hensyn til dets størrelse.
Beregning af krafteksempel
En kompakt bil med en masse på 1.000 kg accelererer ret nordpå med 5 m / s2. Hvad er kraften produceret af denne acceleration?
F = (1.000 kg) (5 m / s2) = 5.000 N.
Bilen når til sidst en hastighed på 40 m / s (ca. 90 miles i timen) og nivellerer ved denne hastighed. Hvad er den eksterne kraft på bilen nu?
Dette er et slags trick spørgsmål. Mens en hurtig bil har masser af fart, hvis bilen ikke oplever acceleration, begge sider af styrken ligningen er nul, og der er ingen netto ekstern kraft, der virker på systemet, i dette tilfælde udelukkende bestående af bil. Den fysiske mængde af største interesse her, momentum, er produktet af masse og hastighed v (sammenlign dette med kraftligningen).