Sana pakottaa esiintyy käytännössä jokaisessa kuviteltavissa olevassa päivittäisessä elämässä, urheilusta säähän sotilaallisiin konflikteihin. Mutta pohjimmiltaan voima on fysiikassa juurtunut käsite, jossa sillä on hyvin erityinen ja kriittinen merkitys. Vakiovoimayksikkö on newton (N), joka on yhtä suuri kuin kg ⋅ m / s2.
Voima on yksi kahdesta fysiikan suuruudesta, joka vaikuttaa kohteen liikkeeseen, toinen on massa. Esineiden liikkumista avaruudessa kutsutaan kinematiikka, jossa otetaan huomioon sijainti, nopeus ja kiihtyvyys; voiman ja massan sisällyttäminen liikkeen tutkimiseen esittelee käsitteen dynamiikka.
Newtonin liikelakit
Ennen kuin opit tietyistä voimista ja kuinka tehdä laskelmia tähän määrään, on hyödyllistä tarkastella Isaac Newtonin suunnittelemia kolmea perusliikelakia:
1. Jokainen esine, joka on jatkuvassa liikkeessä (lepo mukaan lukien), pysyy siinä tilassa, ellei ulkopuolinen voima vaikuta siihen.
2. Voima on massan ja kiihtyvyyden tulo.
3. Jokaiselle voimalle on olemassa suunnassa vastakkainen ja suuruudeltaan sama voima.
Newtonin toinen laki on kiinnostavin, jos haluat laskea voiman tai määrittää massan tai kiihtyvyyden, jos annetaan tietoa voimasta ja toisesta kahdesta suuruudesta. Kiihtyvyys on nopeuden muutos.
Esimerkkejä voimista
Voit ajatella voimaa jotain, joka työntää tai vetää; Vaikka se on hyödyllinen metaforana, se ei kuitenkaan tee paljon edistääkseen todellista ymmärrystäsi. Sen sijaan luettelo, joka näyttää luonnonvoimien vaihteluvälin, on parempi työkalu tuntemaan voimat, joita käytät fysiikan laskelmissa.
Paino on salaperäinen voima, joka vaikuttaa kaikkiin massaan oleviin ja painovoimasta johtuviin voimiin, joiden arvo maapallon pinnalla on 9,8 metriä sekunnissa (9,8 m / s)2). Jännitys, kimmoisuus, kitka ja ns normaali voima ovat voimia, jotka vaikuttavat kiinteisiin aineisiin; kelluvuus, nosto, työntövoima ja vastus ovat nesteisiin (nesteisiin ja kaasuihin) ainutlaatuisesti liittyviä voimia.
sähköstaattinen ja magneettinen voimat liittyvät varautuneisiin hiukkasiin. Luonto sisältää myös neljä perusvoimaa jotka synnyttävät kaikki muut voimat. Yksi näistä on painovoima, joka on ylivoimaisesti heikoin perusvoima; muut ovat sähkömagneetti ja vahva ja heikko ydinvoima vuorovaikutus atomeissa.
Voimayhtälö
Voimakaavan vakiomuodossa fysiikassa todetaan, että netto ulkoinen voima esineellä on sen massan ja kiihtyvyyden tulo:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Tässä voima ja kiihtyvyys ovat vektorimäärät, mikä tarkoittaa, että niillä on sekä arvo (suuruus, jota edustaa luku) että avaruuteen suuntautuva suhde. Massa on a skalaarinen määrä, mikä tarkoittaa sitä, että se kuvataan täysin sen suuruuden suhteen.
Lasketaan voimaesimerkki
Kompakti auto, jonka massa on 1 000 kg, kiihtyy pohjoiseen nopeudella 5 m / s2. Mikä on tämän kiihtyvyyden tuottama voima?
F = (1000 kg) (5 m / s2) = 5000 N.
Auto saavuttaa lopulta 40 m / s (noin 90 mailia tunnissa) nopeuden ja tasaantuu tällä nopeudella. Mikä on auton ulkoinen voima nyt?
Tämä on eräänlainen temppukysymys. Vaikka ylinopeudella olevalla autolla on paljon vauhtia, jos auto ei koe kiihtyvyyttä, voiman molemmat puolet yhtälö on nolla, eikä järjestelmään vaikuta ulkoista nettovoimaa, joka tässä tapauksessa koostuu yksinomaan auto. Fyysinen määrä, joka kiinnostaa eniten, vauhtia, on massan ja nopeuden v tulo (vertaa tätä voimayhtälöön).