Η λέξη δύναμη εμφανίζεται σχεδόν σε κάθε φανταστική πτυχή της καθημερινής ζωής, από τον αθλητισμό έως τον καιρό έως τις στρατιωτικές συγκρούσεις. Αλλά ουσιαστικά, η δύναμη είναι μια έννοια που βασίζεται στη φυσική, όπου έχει μια πολύ συγκεκριμένη και κριτική έννοια. Η τυπική μονάδα δύναμης είναι το Newton (N), ίσο με kg ⋅ m / s2.
Η δύναμη είναι μία από τις δύο ποσότητες φυσικής που επηρεάζουν την κίνηση ενός αντικειμένου, η άλλη είναι η μάζα. Η περιγραφή της κίνησης των αντικειμένων στο διάστημα καλείται κινηματική, η οποία λαμβάνει υπόψη τη θέση, την ταχύτητα και την επιτάχυνση · συμπεριλαμβανομένης της δύναμης και της μάζας στη μελέτη της κίνησης εισάγει την έννοια του δυναμική.
Οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα
Πριν μάθετε για συγκεκριμένες δυνάμεις και πώς να κάνετε υπολογισμούς που αφορούν αυτήν την ποσότητα, είναι χρήσιμο να αναθεωρήσετε τους τρεις βασικούς νόμους κίνησης που σχεδίασε ο Isaac Newton:
1. Κάθε αντικείμενο σε κατάσταση σταθερής κίνησης (συμπεριλαμβανομένης της ανάπαυσης) θα παραμείνει σε αυτήν την κατάσταση εκτός εάν ενεργηθεί από εξωτερική δύναμη.
2. Η δύναμη είναι προϊόν μάζας και επιτάχυνσης.
3. Για κάθε δύναμη, υπάρχει δύναμη αντίθετη προς την κατεύθυνση και ίση σε μέγεθος.
Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα είναι το μεγαλύτερο ενδιαφέρον εάν θέλετε να υπολογίσετε τη δύναμη, ή να καθορίσετε τη μάζα ή την επιτάχυνση, εάν δοθούν πληροφορίες σχετικά με τη δύναμη και μία από τις άλλες δύο ποσότητες. Η επιτάχυνση είναι μια αλλαγή στην ταχύτητα.
Παραδείγματα δυνάμεων
Μπορείτε να σκεφτείτε μια δύναμη ως κάτι που ωθεί ή τραβά. Παρόλο που είναι χρήσιμο ως μεταφορά, ωστόσο, αυτό δεν κάνει πολλά για να προωθήσετε την πραγματική σας κατανόηση. Αντ 'αυτού, μια λίστα που δείχνει το εύρος των φυσικών δυνάμεων είναι ένα καλύτερο εργαλείο για να εξοικειωθείτε με τις δυνάμεις που θα χρησιμοποιήσετε στους υπολογισμούς της φυσικής σας.
Βάρος είναι μια μυστηριώδης δύναμη που δρα σε όλα τα αντικείμενα με μάζα και προκύπτει από τη βαρύτητα, η οποία στην επιφάνεια της Γης έχει τιμή 9,8 μέτρα ανά δευτερόλεπτο τετράγωνο (9,8 m / s2). Ένταση, ελαστικότητα, τριβή και τα λεγόμενα κανονική δύναμη είναι δυνάμεις που δρουν στα στερεά · η πλευστότητα, η ανύψωση, η ώθηση και η οπισθέλκηση είναι δυνάμεις που σχετίζονται μοναδικά με υγρά (υγρά και αέρια).
ο ηλεκτροστατικός και μαγνητικός οι δυνάμεις συνδέονται με φορτισμένα σωματίδια. Επίσης, η φύση περιλαμβάνει τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις που δημιουργούν όλες τις άλλες δυνάμεις. Ένα από αυτά είναι η βαρύτητα, η οποία είναι μακράν η πιο αδύναμη θεμελιώδης δύναμη. οι άλλοι είναι ηλεκτρομαγνητισμός και το ισχυρός και αδύναμο πυρηνικό αλληλεπιδράσεις στα άτομα.
Η Εξίσωση Δύναμης
Η τυπική μορφή του τύπου δύναμης σε όλη τη φυσική δηλώνει ότι το καθαρή εξωτερική δύναμη σε ένα αντικείμενο είναι το προϊόν της μάζας και της επιτάχυνσης του:
\ textbf {F} = m \ textbf {α}
Εδώ, η δύναμη και η επιτάχυνση είναι διανυσματικές ποσότητες, που σημαίνει ότι έχουν και μια τιμή (μέγεθος, που αντιπροσωπεύεται από έναν αριθμό) και μια κατεύθυνση στο διάστημα που σχετίζεται με αυτά. Η μάζα είναι ένα κλιμακωτή ποσότητα, που σημαίνει ότι περιγράφεται πλήρως ως προς το μέγεθος του.
Παράδειγμα υπολογισμού δύναμης
Ένα συμπαγές αυτοκίνητο με μάζα 1.000 kg επιταχύνεται προς βορρά στα 5 m / s2. Ποια είναι η δύναμη που παράγεται από αυτήν την επιτάχυνση;
F = (1.000 kg) (5 m / s)2) = 5.000 Ν.
Το αυτοκίνητο φτάνει τελικά σε ταχύτητα 40 m / s (περίπου 90 μίλια ανά ώρα) και σταματάει σε αυτήν την ταχύτητα. Ποια είναι η εξωτερική δύναμη του αυτοκινήτου τώρα;
Αυτό είναι ένα είδος τέχνασμα. Ενώ ένα επιταχυνόμενο αυτοκίνητο έχει μεγάλη δυναμική, εάν το αυτοκίνητο δεν αντιμετωπίζει επιτάχυνση, και οι δύο πλευρές της δύναμης η εξίσωση είναι μηδενική και δεν υπάρχει καθαρή εξωτερική δύναμη που ενεργεί στο σύστημα, στην περίπτωση αυτή που αποτελείται αποκλειστικά από το αυτοκίνητο. Η φυσική ποσότητα με μεγαλύτερο ενδιαφέρον εδώ, ορμή, είναι το προϊόν μάζας και ταχύτητας v (συγκρίνετέ το με την εξίσωση δύναμης).