Hvad kan forårsage en ændring i hastighed?

Den første af Sir Isaac Newtons Three Laws of Motion, som danner grundlaget for klassisk mekanik, siger, at en objekt i hvile eller i en tilstand af ensartet bevægelse vil forblive sådan på ubestemt tid i fravær af en ekstern kraft. Med andre ord er en kraft den, der forårsager en ændring i hastighed eller acceleration. Mængden af ​​acceleration, der produceres på et objekt af en given kraft, bestemmes af objektets masse.

Når fysikere taler om et objekts hastighed, taler de ikke kun om objektets hastighed, men også om den retning, det bevæger sig i. På samme måde har kraft både en retningsbestemt komponent og en kvantitativ - en kraft, der er direkte modsat et objekts hastighed har en anden virkning på objektet end en kraft, der virker vinkelret på dets bevægelse. I matematiske termer, kraft, hastighed og acceleration - hvilket er hastigheden af ​​hastighedsændring produceret af en kraft - er "vektor" -mængder, hvilket er et udtryk, der antyder deres retningsbestemte komponent.

Den nemmeste måde at forstå, hvordan en kraft ændrer et objekts hastighed, er at forestille sig den kraft, der virker i samme retning som hastigheden. For eksempel giver jetmotorer på et fly en kraft, der virker i retning af flyets bevægelse, hvilket giver den en positiv acceleration og får den til at gå hurtigere. Luftfriktion modsætter sig derimod direkte flyets bevægelse og bremser den; hvis motorerne holder op med at virke, falder flyet ud af himlen. Men når motorens kraft og det opadrettede lufttryk på de aerodynamisk designede vinger afbalancerer kraften af friktion og andre decelererende kræfter, herunder tyngdekraften, flyver flyet med en konstant hastighed mod sin destination.

Den tyngdekraft, som solen udøver på Jorden, er et eksempel på en kraft med en vigtig retningskomponent. Fordi tyngdekraften virker vinkelret på Jordens bevægelse, ændrer den ikke den hastighed, hvormed planeten bevæger sig, men ændrer konstant retningen. Som et resultat bevæger jorden sig i en næsten cirkulær bane. Jordens hastighed kan være relativt konstant, men dens hastighed ændrer sig altid som et resultat af tyngdekraften, der altid trækker den mod solen. Den samme tyngdekraft holder satellitter i kredsløb omkring Jorden.

Det matematiske forhold mellem kraft (F), der udøves på et objekt, og dets acceleration (a) er F = m • a, hvor "m" er genstandens masse. Enheden for styrke i det metriske system er newtonen, der er opkaldt efter Isaac Newton, den engelske fysiker, der formulerede forholdet. I den virkelige verden er der normalt flere kræfter, der virker på en krop, hver med en retningsbestemt komponent. Disse kræfter kan være mekaniske, tyngdekraftige, elektriske eller magnetiske. For at forudsige objektets bevægelse er det ofte nyttigt at tegne et fritlegemsdiagram, som er en grafisk repræsentation af disse kræfter, der viser størrelsen og retningen af ​​hver.