Mis on väed? (Füüsika)

Ehkki olete tõenäoliselt tuttav sõnaga „jõud” ja olete seda kuulnud igapäevastes vestlustes („mul polnud valikut - ta sundis mind seda tegema!”), Kas teate jõu füüsikalist määratlust?

Sellest artiklist saate teada mitte ainult seda, mis jõud tegelikult on, vaid ka seda, kust idee tekkis ja kuidas seda füüsikas kasutatakse.

Jõude mõistmiseks õige füüsikamõtte saavutamiseks tuletage meelde, millest teate liikumine. Võite kirjeldada objekti asukohta (asukohta ruumis) ja kirjeldada, kuidas see asukoht ajas muutub; - asukoha muutuse kiirus ajaühiku kohta onkiirus. Samuti saate kirjeldada, kuidas see kiirus muutub - nimetatakse kiiruse muutumise kiirust ajaühiku kohtakiirendus​.

Need füüsikalised suurused - asukoht, kiirus ja kiirendus - on kõik vektorikogused, mis tähendab, et nendega on seotud suurus ja suund.

Kui mõni ese on puhkeasendis, näiteks kõnniteel istuv kivi, olete tõenäoliselt üsna kindel, et see jääb sinna seni, kuni miski paneb selle liikuma. Kas keegi kõnniteed mööda kõndides lööb selle jalga või võib-olla on kivi piisavalt kerge, et tugev tuul seda tõukaks. Kui see juhtub, muutub selle liikumine. Füüsiline suurus, mis selle muutuse põhjustab, nagu me teada saame, on jõud.

Tõenäoliselt on teil ka teatud tunne, et teatud esemeid on raskem teisaldada kui teisi. Kujutage ette väikest kivikest võrreldes raske kivirahnuga. Selleks, et see liikuma panna, peaksite kivirahnu palju tugevamalt lööma. Samamoodi, kui kaks objekti - kerge ja raske - juba liikusid, on raskemat ühe peatuse tegemine palju raskem.

Seda objekti vastupanu mis tahes muutustele tema liikumises nimetatakse selle inerts. See, kui palju jõudu on vaja teatud muutuse elluviimiseks, on seotud massiga, mis on inertsimõõt.

Jõu idee on olnud pikka aega olemas, kuid seda ei mõistetud suures osas hõõrdumise valesti tõlgendamise tõttu.

Aristoteles pakkus, et kõigil objektidel on loomulik seisund, milles nad tahavad puhata, ja et nad teevad seda, kui mingi jõud ei toimi. Ta kasutas seda mõistet, et selgitada, miks objektid kukuvad maa peale või aeglustuvad pärast nende surumist peatumiseni.

Galileo aga lükkas selle mõtte ümber ja selgitas hõõrdumiseks nimetatava peatusjõu olemasolu. Ta otsustas, et objektid liiguvad edasi sirgjoonel, kui nende aeglustamiseks puudub hõõrdumine.

Sir Isaac Newton andis Galilei tähelepanekutele oma kuulsaga suurema vormistuse kolm liikumisseadust. Ta oskas kirjeldada, mida jõud teevad, kuidas nad toimivad, ja omistasid mõistele isegi ühikutega arvud.

Newtoni esimene liikumisseadus - mida mõnikord nimetatakse ka inertsiseaduseks - ütleb, et puhkeolekus olev objekt jääb puhkeseisundisse, kui sellele ei toimi tasakaalustamata jõud. See osa on üsna intuitiivne, kui mõelda tagasi kõnniteel kivi löömisele. Veelgi enam, selles seaduses on öeldud, et kõik objektid, mis läbivad püsikiirusega liikumist (liikumine püsikiirusel sirgjoonel), jätkavad seda ka siis, kui sellele ei mõju väline netojõud.

See esimese seaduse teine ​​osa on vähem intuitiivne, kuna meie igapäevases suhtluses ei kipu objektid igavesti edasi liikuma. Kuid selle põhjuseks on see, et neile mõjub hõõrdumiseks nimetatav takistusjõud.

Newtoni teine ​​liikumisseadus ütleb, et objekti netojõud (mis on kõigi toimivate jõudude vektorite summa) on võrdne objekti mass ja kiirendus. Teisisõnu:

Newtoni teine ​​liikumisseadus suutis seletada, miks on nii, et peate rasketele esemetele tugevamalt suruma kui kergematele esemetele, et nad saaksid oma liikumist muuta. Samuti seostas see vormiliselt jõu kiirenduse füüsikalise suurusega, mis on objekti liikumise muutus.

Newtoni kolmas liikumisseadus selgitas veelgi, kuidas jõud tulevad kahekaupa. Selles öeldakse, et kui objekt A rakendab objektile B jõudu, siis objekt B rakendab objektile A jõudu, mis on suuruselt võrdne ja objektile B suunatud jõu vastupidises suunas.

Newtoni kolmas seadus selgitab, miks relvad tulistamisel tagasi põrkavad ja miks, kui seisate rulal ja surute vastu seina, veerete lõpuks tahapoole.

Jõudu võib pidada tõukeks või tõmbeks. Kui objektile mõjub ainult üks jõud, põhjustab see üksik jõud objekti liikumise pöördvõrdeliselt selle massiga.

Jõud on vektorkogus, see tähendab, et sellel on suurus ja suund. Netojõu suund on alati sama, mis kiirenduse või muutuse suund liikumine (mis võib olla liikumissuunale vastupidine sellistes olukordades, kus objekt aeglustub alla.)

SI jõuühik on njuuton, kus 1 N = 1 kgm / s². CGS-üksus on värvainet, kus 1 dyne = 1gcm / s².

Te juba teate, et saate objektile ise jõudu avaldada, lükates seda või tõmmates seda. Seda nimetatakse kontaktjõuks, kuna see nõuab kontakti. Kuid on ka palju muid väeliike.

Füüsika õppimisel tekkivate ühiste jõudude loend sisaldab järgmist:

• ​Gravitatsioonijõud:The raskusjõud objektil võib täheldada vabalangemise ajal, mil objekt kiireneb maa poole. Kuid gravitatsioonijõud on ka see, mis hoiab planeete orbiidil ja mis hoiab teid kosmosesse lendamast.
• ​Normaalne jõud:See on tugijõud, mis toimib risti pinnaga ja mis takistab esemete kukkumist läbi põranda või lauaplaadi.
• ​Elektromagnetiline jõud:See viitab ühiselt magnetjõududele ja elektrostaatilistele jõududele. Seda tüüpi jõud on laengu või liikuva laengu tulemus. See on põhjus, miks elektronid üksteist tõrjuvad ja magnetid kokku jäävad.
• ​Hõõrdejõud:The hõõrdejõud on jõud, mis on objekti liikumise vastu. Seetõttu on raamatut üle laua libistada keerulisem kui jäälehel. Hõõrdejõud varieerub sõltuvalt üksteisega kokkupuutuvatest pindadest.
• ​Õhutakistus:See jõud sarnaneb hõõrdumisega. See tuleneb sellest, et õhk ise on vastu seda läbi kukkuvate objektide liikumisele. Kui objekt kukub piisavalt kaua, põhjustab õhutakistuse jõud sellel terminalikiiruse.
• ​Pingutusjõud:See on jõu liik, mida kantakse mööda nööri, traati või muud sarnast.
• ​Muud põhijõud:Loodusel on neli fundamentaalset jõudu. Kaks neist on gravitatsioon ja elektromagnetism, mis olid juba loetletud, ja teised kaks on nõrk tuumajõud ja tugev tuumajõud. Need kaks viimast mõjutavad asju tavaliselt ainult subatoomilises plaanis, mistõttu te pole neist kunagi kuulnud.

Newtoni teises seaduses mainiti a netojõud. Objekti netojõud on kõigi objektile mõjuvate jõudude vektorsumma.

Näiteks võite lasta kahel inimesel võrdsete jõududega plokki vastassuunas lükata. Kuid netojõud on lõpuks 0, mis tähendab, et plokk ei liigu, kuna need kaks jõudu tühistavad üksteise.

Vabad kehadiagrammid on visandid, mille saate joonistada objektile iga jõuvektori suuruse ja suuna proportsionaalse pikkusega noolega, mis on suunatud jõu suunas. Jõududega seotud füüsikaprobleemide lahendamisel visandate tõenäoliselt palju neist diagrammidest, kuna see on nii aitab visualiseerida, millised jõud tegutsevad, ja teeb selgemaks, kuidas ühendada jõud võrgu saamiseks jõud.

Kui objektil puudub netojõud, tähendab see Newtoni teise seaduse kaudu, et objekti kiirendus on 0. Teisisõnu peab objektil olema pidev kiirus.

• Pange tähele, et püsikiirus ei ole sama mis 0 kiirus. Näiteks konstantsel kiirusel 2 m / s liikuval objektil ei pruugi sellele mõjuv netojõud olla.

Võib-olla olete kuulnud jõust, mida nimetatakse tsentripetaalseks jõuks. Seda ei olnud eelmises jaotises koos teiste jõududega loetletud, kuna see on tegelikult netojõu tüüp. See on iga ümmarguse liikumisega objekti netojõud radiaalsuunas.

Ringliikumine, isegi püsikiirusel, ei ole püsikiirusega liikumine, kuna see ei hoia sirgjoonelist rada. Mingi jõudude kombinatsioon peab toimima ringliikumise tekitamiseks. Tsentripetaalne jõud on radiaalne netojõud, mis põhjustab seda tüüpi liikumist.

• Ärge segage tsentrifugaaljõudu tsentrifugaaljõuga. Viimast peetakse tegelikult pseudojõuks. Tundub, et see jõud mõjub objektile, mis läbib ringliikumist. Näiteks kui olete kurvis keeravas autos, võite tunda, et teid surutakse vastu auto külge, kuid tegelikult toimub see, et jõud tõmbab sind a kõver rada.

Tundub, et teatud jõud tegutsevad müstiliselt ilma kontaktita. Üks teile tuttav näide on gravitatsioonijõud. Kui mõni objekt maha visatakse, tõmbab maa seda objekti enda poole, isegi seda puudutamata.

Üks matemaatiline tööriist, mille füüsikud selle nähtuse kirjeldamiseks välja töötasid, on välja mõiste. (Jah, "jõuvälja", kuid mitte sellist, mis kaitseb teid footonitorpeedode eest!)

Gravitatsiooniväli on igale ruumipunktile omistatud vektor, mis näitab suhtelist suurust ja gravitatsioonijõu suund selles kohas, sõltumata sellest, milline objekt sellel jõudu kogeda võib asukoht. Gravitatsioonivälja väärtus oleks igas punktis lihtsalt gravitatsioonijõud, mida mass tunneksmselles kohas, kuid jagatudm​.

See jõuvälja mõiste võimaldab selgitada neid "salapäraseid" jõude, mis näivad toimivat midagi puudutamata, kirjeldades jõudu, mis tuleneb objektiga, mis suhtleb valdkonnas.

Nii nagu gravitatsiooniväljad, võib ka teil olla elektriväli või magnetväli, mis kirjeldavad seda suhteline jõud laenguühiku kohta ((jõud magnetmomendi ühiku kohta)), mida objekt mingis konkreetses olukorras tunneks asukoht.