Mikä on voiman massan ja kiihtyvyyden suhde?

1600-luvun lopulla Sir Isaac Newton julkaisi kirjan "Principia Mathematica", joka yhdistää matematiikan ja fysiikan maailman. Muiden tärkeiden ajatusten joukossa hän kuvaili toista liikelakia - että voima on yhtä suuri kuin massa kertaa kiihtyvyys tai f = ma. Vaikka se näyttää ensi silmäyksellä yksinkertaiselta, lailla on useita tärkeitä vaikutuksia, mukaan lukien kuinka objektit liikkuvat maapallolla ja avaruudessa. Tämänkaltaiset perustuslait ovat antaneet tutkijoille mahdollisuuden tutkia luontoa tarkasti ja insinöörit rakentaa toimivia koneita.

TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)

Voima on massa kertaa kiihtyvyys tai f = ma.

Voima on fyysinen määrä, jota käsittelet jokapäiväisessä elämässä. Oven avaaminen, lapsen nostaminen tai munan halkeaminen vaatii voimaa. Se on vetovoima tai työntö, jonka esine kohdistaa toiseen; kohteet voivat olla mitä tahansa protoneista ja elektroneista aina planeetoihin ja galakseihin asti. Veto tai työntö voi tulla suorasta kosketuksesta tai painovoiman, sähkön ja magneettisuuden tapauksessa etäisyydeltä. Tutkijat mittaavat voiman yksikköinä, joita kutsutaan newtoneiksi, missä yksi newton on voima, joka tarvitaan 1 kilogramman massan kiihdyttämiseen metriä sekunnissa neliönä.

Kun jääkiekko kiekko liukuu jään yli, se tekee sen melko tasaisella nopeudella, kunnes se osuu maaliin tai pelaajan keppiin. Vaikka se liikkuu, se ei kiihdy. Kiihtyvyys johtuu vain nopeuden muutoksesta. Kun esine saa nopeuden, sen kiihtyvyys on positiivinen; kun nopeus menetetään, kiihtyvyys on negatiivinen. Nopeus mitataan etäisyyden yksikköinä jaettuna ajalla, kuten mailia tunnissa tai metriä sekunnissa. Kiihtyvyys on nopeuden muutos jaettuna nopeuden muutoksen kestolla, joten se on metriä sekunnissa sekunnissa tai metriä sekunnissa neliö.

Esineen massa mittaa kuinka paljon ainetta se sisältää. Kumipallolla on vähemmän massaa kuin samankokoisella lyijypallolla, koska siinä on vähemmän ainetta, vähemmän atomeja ja vähemmän atomeja muodostavia protoneja, neutroneja ja elektroneja. Massa vastustaa myös pyrkimyksiä työntää tai vetää sitä; pingispöytä on helppo nostaa ja heittää; roska-auto ei ole. Kuorma-auto on massiivisempi kuin pingispöytä monta tuhatta kertaa. Massan vakioyksikkö on kilogramma, noin 2,2 kiloa.

Massa on yksinkertainen eräänlainen määrä. Sinulla voi olla suuria massoja, pieniä massoja ja massojen välissä. Siinäpä se. Tutkijat kutsuvat yksinkertaisia ​​määriä skalaareiksi, koska yksi numero kuvaa sitä. Voima ja kiihtyvyys ovat kuitenkin monimutkaisempia. Heillä on sekä koko että suunta. Esimerkiksi TV: n sääennustaja puhuu tuulesta, joka tulee lännestä nopeudella 20 mailia tunnissa. Tämä on tuulen nopeusvektori (nopeus). Voiman tai kiihtyvyyden täydelliseksi kuvaamiseksi tarvitset sekä määrän että suunnan. Esimerkiksi lumisena päivänä vedät lapsen kelkkoja eteenpäin 50 newtonin voimalla, ja se kiihtyy samaan suuntaan 0,5 metriä sekunnissa.

Newtonin toinen liikelaki vaikuttaa riittävän yksinkertaiselta: Työnnä tietyn massan esine, ja se kiihtyy voiman ja massan perusteella. Pieni voima, jolla on suuri massa, johtaa hitaaseen kiihtyvyyteen, ja suuri voima, jolla on pieni massa, antaa nopean kiihtyvyyden. Mitä tapahtuu, kun voimaa ei ole? Nolla voima mihin tahansa massaan antaa kiihtyvyyden nollaan. Jos esine seisoo paikallaan, se pysyy paikallaan; jos se liikkuu, se jatkaa liikkumistaan ​​samalla nopeudella ja suunnalla. Muista, että useita voimia voi olla mukana samanaikaisesti. Esimerkiksi sitot köyden lohkareen ympärille ja vedät kaikesta voimastasi. Voimaa ja massaa on, mutta lohkare ei liiku, joten kiihtyvyys on nolla. Kiviradan ja maan välinen kitkavoima kumoaa vetosi voiman. Lohkareen liikuttamiseen tarvitaan paljon suurempi voima, esimerkiksi traktorista.