Τι μπορεί να προκαλέσει αλλαγή στην ταχύτητα;

Ο πρώτος των τριών νόμων κίνησης του Sir Isaac Newton, που αποτελούν τη βάση της κλασικής μηχανικής, δηλώνει ότι ένα αντικείμενο σε κατάσταση ηρεμίας ή σε κατάσταση ομοιόμορφης κίνησης θα παραμείνει έτσι επ 'αόριστον απουσία εξωτερικού δύναμη. Με άλλα λόγια, μια δύναμη είναι αυτή που προκαλεί αλλαγή στην ταχύτητα ή επιτάχυνση. Το ποσό της επιτάχυνσης που παράγεται σε ένα αντικείμενο από μια δεδομένη δύναμη καθορίζεται από τη μάζα του αντικειμένου.

Όταν οι φυσικοί μιλούν για την ταχύτητα ενός αντικειμένου, μιλούν όχι μόνο για την ταχύτητα του αντικειμένου, αλλά και για την κατεύθυνση στην οποία κινείται. Ομοίως, η δύναμη έχει μια κατευθυντική συνιστώσα καθώς και μια ποσοτική - μια δύναμη που αντιτίθεται άμεσα Η ταχύτητα ενός αντικειμένου έχει διαφορετική επίδραση στο αντικείμενο από μια δύναμη που ενεργεί σε ορθή γωνία με αυτό κίνηση. Σε μαθηματικούς όρους, δύναμη, ταχύτητα και επιτάχυνση - που είναι ο ρυθμός αλλαγής της ταχύτητας παράγονται από μια δύναμη - είναι "διανυσματικές" ποσότητες, που είναι ένας όρος που υπονοεί την κατεύθυνσή τους συστατικό.

Ο ευκολότερος τρόπος για να καταλάβετε πώς μια δύναμη αλλάζει την ταχύτητα ενός αντικειμένου είναι να φανταστείτε ότι η δύναμη ενεργεί στην ίδια κατεύθυνση με την ταχύτητα. Για παράδειγμα, οι κινητήρες τζετ σε ένα αεροπλάνο παρέχουν μια δύναμη που ενεργεί προς την κατεύθυνση της κίνησης του αεροπλάνου, δίνοντάς του μια θετική επιτάχυνση και καθιστώντας το πιο γρήγορο. Η τριβή του αέρα, από την άλλη πλευρά, αντιτίθεται άμεσα στην κίνηση του αεροπλάνου και την επιβραδύνει. Εάν οι κινητήρες σταματήσουν να λειτουργούν, το αεροπλάνο θα πέσει έξω από τον ουρανό. Αλλά όταν η δύναμη του κινητήρα και η προς τα πάνω ώθηση της πίεσης του αέρα στα αεροδυναμικά σχεδιασμένα φτερά ισορροπούν τη δύναμη τριβής και άλλων επιβραδυντικών δυνάμεων, συμπεριλαμβανομένης της βαρύτητας, το αεροπλάνο πετά με σταθερή ταχύτητα προς τον προορισμό του.

Η βαρυτική έλξη που ασκεί ο ήλιος στη Γη είναι ένα παράδειγμα μιας δύναμης με ένα σημαντικό κατευθυντικό στοιχείο. Επειδή η βαρυτική δύναμη δρα σε ορθή γωνία με την κίνηση της Γης, δεν αλλάζει την ταχύτητα με την οποία ταξιδεύει ο πλανήτης, αλλά αλλάζει συνεχώς την κατεύθυνση. Ως αποτέλεσμα, η Γη κινείται σε σχεδόν κυκλική τροχιά. Η ταχύτητα της Γης μπορεί να είναι σχετικά σταθερή, αλλά η ταχύτητά της αλλάζει πάντα ως αποτέλεσμα της δύναμης της βαρύτητας που την τραβάει πάντα προς τον ήλιο. Η ίδια βαρυτική δύναμη κρατά τους δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη.

Η μαθηματική σχέση μεταξύ δύναμης (F) που ασκείται σε ένα αντικείμενο και της επιτάχυνσης του (a) είναι F = m • a, όπου το "m" είναι η μάζα του αντικειμένου. Η μονάδα δύναμης στο μετρικό σύστημα είναι ο Νεύτωνας, ο οποίος πήρε το όνομά του από τον Ισαάκ Νιούτον, τον Άγγλο φυσικό που διατύπωσε τη σχέση. Στον πραγματικό κόσμο, υπάρχουν συνήθως αρκετές δυνάμεις που δρουν σε ένα σώμα, καθεμία με κατευθυντικό συστατικό. Αυτές οι δυνάμεις μπορεί να είναι μηχανικής, βαρυτικής, ηλεκτρικής ή μαγνητικής φύσης. Για να προβλέψετε την κίνηση του αντικειμένου, είναι συχνά χρήσιμο να σχεδιάσετε ένα διάγραμμα ελεύθερου σώματος, το οποίο είναι μια γραφική αναπαράσταση αυτών των δυνάμεων που απεικονίζει το μέγεθος και την κατεύθυνση καθεμιάς.