Das erste der drei Bewegungsgesetze von Sir Isaac Newton, die die Grundlage der klassischen Mechanik bilden, besagt, dass an Objekt in Ruhe oder in einem Zustand gleichförmiger Bewegung bleibt dies auf unbestimmte Zeit, wenn kein äußeres Macht. Mit anderen Worten, eine Kraft ist diejenige, die eine Geschwindigkeitsänderung oder Beschleunigung verursacht. Die Beschleunigung eines Objekts durch eine gegebene Kraft wird durch die Masse des Objekts bestimmt.
Kraft und Geschwindigkeit sind gerichtet
Wenn Physiker von der Geschwindigkeit eines Objekts sprechen, meinen sie nicht nur die Geschwindigkeit des Objekts, sondern auch die Richtung, in die es sich bewegt. In ähnlicher Weise hat die Kraft eine Richtungskomponente sowie eine quantitative – eine Kraft, die direkt entgegengesetzt ist Die Geschwindigkeit eines Objekts wirkt sich anders auf das Objekt aus als eine Kraft, die im rechten Winkel zu seiner Bewegung. Mathematisch ausgedrückt, Kraft, Geschwindigkeit und Beschleunigung – das ist die Geschwindigkeitsänderungsrate von einer Kraft erzeugt -- sind "Vektor"-Größen, was ein Begriff ist, der ihre Richtung impliziert Komponente.
Kräfte, die auf ein Flugzeug wirken
Der einfachste Weg, um zu verstehen, wie eine Kraft die Geschwindigkeit eines Objekts ändert, besteht darin, sich vorzustellen, dass diese Kraft in die gleiche Richtung wie die Geschwindigkeit wirkt. Zum Beispiel liefern die Düsentriebwerke eines Flugzeugs eine Kraft, die in die Bewegungsrichtung des Flugzeugs wirkt, ihm eine positive Beschleunigung verleiht und es schneller macht. Die Luftreibung hingegen wirkt der Bewegung des Flugzeugs direkt entgegen und bremst sie ab; Wenn die Triebwerke nicht mehr funktionieren, fällt das Flugzeug vom Himmel. Aber wenn die Kraft des Triebwerks und der nach oben gerichtete Luftdruck auf die aerodynamisch gestalteten Flügel die Kraft ausgleichen von Reibung und anderen verlangsamenden Kräften, einschließlich der Schwerkraft, fliegt das Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit auf sein Ziel zu.
Die Kraft der Gravitation
Die Anziehungskraft, die die Sonne auf die Erde ausübt, ist ein Beispiel für eine Kraft mit einer wichtigen Richtungskomponente. Da die Gravitationskraft im rechten Winkel zur Erdbewegung wirkt, ändert sie nicht die Geschwindigkeit, mit der sich der Planet fortbewegt, aber sie ändert ständig die Richtung. Dadurch bewegt sich die Erde auf einer nahezu kreisförmigen Umlaufbahn. Die Geschwindigkeit der Erde mag relativ konstant sein, aber ihre Geschwindigkeit ändert sich ständig aufgrund der Gravitationskraft, die sie immer zur Sonne hinzieht. Dieselbe Gravitationskraft hält Satelliten in der Umlaufbahn um die Erde.
Freikörperdiagramme
Die mathematische Beziehung zwischen der auf ein Objekt ausgeübten Kraft (F) und seiner Beschleunigung (a) ist F = m•a, wobei "m" die Masse des Objekts ist. Die Einheit für Kraft im metrischen System ist das Newton, benannt nach Isaac Newton, dem englischen Physiker, der den Zusammenhang formulierte. In der realen Welt wirken auf einen Körper meist mehrere Kräfte mit jeweils einer Richtungskomponente. Diese Kräfte können mechanischer, gravitativer, elektrischer oder magnetischer Natur sein. Um die Bewegung des Objekts vorherzusagen, ist es oft nützlich, ein Freikörperdiagramm zu zeichnen, das eine grafische Darstellung dieser Kräfte ist, die deren Größe und Richtung darstellt.