Das Wort Macht taucht in praktisch jedem erdenklichen Aspekt des täglichen Lebens auf, vom Sport über das Wetter bis hin zu militärischen Konflikten. Aber im Grunde ist Kraft ein in der Physik verwurzeltes Konzept, wo es eine sehr spezifische und kritische Bedeutung hat. Die Standardeinheit der Kraft ist Newton (N), gleich kg ⋅ m/s2.
Kraft ist eine von zwei physikalischen Größen, die die Bewegung eines Objekts beeinflussen, die andere ist die Masse. Die Beschreibung der Bewegung von Objekten im Raum heißt Kinematik, die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung berücksichtigt; Die Einbeziehung von Kraft und Masse in das Studium der Bewegung führt das Konzept der Dynamik.
Newtons Bewegungsgesetze
Bevor Sie sich mit spezifischen Kräften und Berechnungen mit dieser Größe vertraut machen, ist es hilfreich, die drei grundlegenden Bewegungsgesetze von Isaac Newton zu überprüfen:
1. Jedes Objekt, das sich in einem Zustand konstanter Bewegung (einschließlich Ruhe) befindet, bleibt in diesem Zustand, wenn keine äußere Kraft darauf einwirkt.
2. Kraft ist das Produkt aus Masse und Beschleunigung.
3. Zu jeder Kraft gibt es eine Kraft entgegengesetzter Richtung und gleicher Größe.
Newtons zweites Gesetz ist von größtem Interesse, wenn Sie Kraft berechnen oder Masse oder Beschleunigung bestimmen möchten, wenn Sie Informationen über die Kraft und eine der beiden anderen Größen erhalten. Beschleunigung ist eine Geschwindigkeitsänderung.
Beispiele für Kräfte
Sie können sich eine Kraft als etwas vorstellen, das drückt oder zieht; Obwohl dies als Metapher hilfreich ist, trägt dies jedoch nicht viel dazu bei, Ihr Verständnis der realen Welt zu verbessern. Stattdessen ist eine Liste, die den Bereich der Naturkräfte zeigt, ein besseres Werkzeug, um sich mit den Kräften vertraut zu machen, die Sie in Ihren physikalischen Berechnungen verwenden werden.
Gewicht ist eine mysteriöse Kraft, die auf alle Objekte mit Masse wirkt und aus der Schwerkraft resultiert, die an der Erdoberfläche einen Wert von 9,8 Meter pro Sekunde zum Quadrat (9,8 m/s .) hat2). Spannung, Elastizität, Reibung und das sogenannte normale Kraft sind Kräfte, die auf Festkörper wirken; Auftrieb, Auftrieb, Schub und Widerstand sind Kräfte, die ausschließlich mit Flüssigkeiten (Flüssigkeiten und Gasen) verbunden sind.
Das elektrostatisch und magnetisch Kräfte sind mit geladenen Teilchen verbunden. Zur Natur gehört auch vier fundamentale Kräfte die alle anderen Kräfte hervorbringen. Eine davon ist die Schwerkraft, die bei weitem die schwächste Grundkraft ist; die anderen sind Elektromagnetismus und der stark und schwach nuklear Wechselwirkungen in Atomen.
Die Kraftgleichung
Die physikalische Standardform der Kraftformel besagt, dass die Netto externe Kraft auf einem Objekt ist das Produkt seiner Masse und seiner Beschleunigung:
\textbf{F} = m\textbf{a}
Kraft und Beschleunigung sind hier Vektorgrößen, was bedeutet, dass ihnen sowohl ein Wert (Größe, dargestellt durch eine Zahl) als auch eine Richtung im Raum zugeordnet sind. Masse ist a skalare Menge, das heißt, es wird vollständig in seiner Größe beschrieben.
Beispiel für die Berechnung der Kraft
Ein Kompaktwagen mit einer Masse von 1.000 kg beschleunigt mit 5 m/s. in Richtung Norden2. Welche Kraft erzeugt diese Beschleunigung?
F = (1.000 kg)(5 m/s2) = 5.000 N.
Das Auto erreicht schließlich eine Geschwindigkeit von 40 m/s (etwa 90 Meilen pro Stunde) und pendelt sich bei dieser Geschwindigkeit ein. Wie groß ist nun die äußere Kraft auf das Auto?
Das ist eine Art Fangfrage. Während ein rasendes Auto viel Schwung hat, wenn das Auto keine Beschleunigung erfährt, sind beide Seiten der Kraft Gleichung null sind, und es wirkt keine äußere Nettokraft auf das System, die in diesem Fall nur aus Wagen. Die hier am meisten interessierende physikalische Größe, Schwung, ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit v (vergleiche dies mit der Kraftgleichung).