Voimalla on erityinen merkitys fysiikassa, ja toisin kuin elokuvissa, sillä ei ole mitään tekemistä maailmankaikkeuden taustalla olevan harmonian kanssa. Fysiikassa voima on työntö tai vetovoima, joka syntyy kahden kohteen välisestä vuorovaikutuksesta. Voima voi johtua suorasta kontaktista, kuten vaunua työntävä lapsi, tai etäisyydellä tapahtuvasta toiminnasta, kuten maan painovoimasta kuuhun. Näiden kahden laajan luokan sisällä on mahdollista tunnistaa vähintään 10 erilaista voimaa, jotka auttavat muokkaamaan maailmankaikkeutta ja ehtivät kokemuksiamme siinä.
Ota yhteyttä joukkoihin
Kun Sir Isaac Newton muotoili liikelakejaan, hän epäilemättä kuvitteli kosketusvoimia ensisijaisina esimerkkeinä. Nämä ovat voimia, jotka syntyvät kahden objektin suorasta fyysisestä vuorovaikutuksesta. Newtonin toisen lain mukaan:
F = ma
suuruusluokan F voima kiihtyy "a", kun sitä kohdistetaan massaan "m" esineeseen.
Sovellettu voima- Tämä on helpoin tyyppinen voima ymmärtää. Työnnä kohdetta ja esine työntyy taaksepäin, Newtonin ensimmäinen laki sanoo, kunnes voiman suuruus ylittää kohteen hitauden. Siinä vaiheessa kohde alkaa liikkua ja kiihtyy muiden voimien puuttuessa määrällä, joka on verrannollinen sen massan ja kohdistetun voiman suuruuteen.
Normaali voima- Voima on vektorisuure, mikä tarkoittaa, että sen suuruus riippuu suunnasta. Missä tahansa kahden kohteen välisessä vuorovaikutuksessa normaali voima on voima, joka on kohtisuorassa vuorovaikutuksessa olevien esineiden väliseen rajapintaan. Normaali voima ei aina tuota liikettä. Esimerkiksi taulukko käyttää kirjaan normaalia voimaa painovoiman voittamiseksi ja kirjan putoamisen estämiseksi.
Kitkavoima- Kitkavoima vastustaa yleensä liikettä. Se johtuu tosiasiasta, että todellisen maailman pinnat eivät ole täysin sileitä. Pinnan aiheuttaman kitkavoiman suuruus riippuu materiaalin, josta pinta on valmistettu, ja sitä pitkin liikkuvan kohteen kitkakertoimesta. Staattiseksi kitkaksi kutsuttu lepovälineen kitkavoima eroaa liikkuvan objektin liukukitkaksi kutsutusta voimasta.
Ilmanvastus- Maapallon ilmakehän läpi liikkuvat kohteet kohtaavat ilmamolekyylien aiheuttaman kitkan aiheuttaman resistiivisen voiman. Tämä voima vahvistuu nopeuden kasvaessa ja kasvavan pinnan ollessa kohtisuorassa liikesuuntaan nähden. Se on tärkeä määrä ilmailu- ja avaruusteollisuudessa.
Kiristysvoima- Kiinnitä naru kiinteään esineeseen, vedä toisesta päästä ja naru vetää taaksepäin, kunnes se rikkoutuu. Merkkijonon käyttämä voima on kiristysvoima, joka kohdistetaan sen pituudelta. Se on materiaalin, josta naru on valmistettu, sekä halkaisijan ominaisuus.
Kevätvoima- Jousen puristamiseen tarvittavan voiman määrä riippuu materiaalista, josta jousi tehdään, kelojen muodostavan langan halkaisijasta ja kelojen lukumäärästä. Nämä ominaisuudet on kvantifioitu jousen ominaispiirteillä, joita kutsutaan jousivakiona "k". Jousen puristamiseen tarvittavan voiman etäisyyden "x" antaa Hooken laki:
F = kx
Toiminta etävoimissa
Luonnon perusvoimat, jotka pitävät planeetat pyörimässä, sekä aurinko ja tähdet palavat, toimivat kaikki etäisyydellä. Ilman heitä universumia, jota tiedämme, ei todennäköisesti olisi olemassa, tai jos niin olisi, se olisi aivan erilainen paikka.
Painovoima- Syy tämän voiman olemassaoloon on jokin mysteeri, mutta jos sitä ei olisi, planeetat ja tähdet eivät voisi muodostua. Objektien keskenään kohdistamien painovoimavoimien suuruus riippuu esineiden massoista ja niiden välisen etäisyyden neliön käänteisarvosta. Mitä massiivisemmat esineet ovat ja / tai mitä lyhyempi etäisyys niiden välillä on, sitä voimakkaampi voima on.
Sähkömagneettinen voima- Vaikka ne eivät näytä olevan samat, sähkö ja magnetismi liittyvät toisiinsa. Virtaavat elektronit tuottavat magneettisuutta, ja liikkuva magneetti tuottaa sähköä. Skotlantilainen fyysikko James Clerk Maxwell selitti näiden ilmiöiden välisen suhteen 1800-luvulla, ja se on kvantifioitu hänen yhtälöissään. Sähkö tuottaa voimaa varattujen hiukkasten vetovoiman tai työnnön kautta, kun taas magneettinen voima johtuu magneettisten napojen aiheuttamasta vetovoimasta tai hylkimisestä.
Vahva voima- Koska kaikki protonit ovat positiivisesti varautuneita, ne karkottavat toisiaan, eivätkä ne pystyisi muodostamaan atomiatumia, ellei vahvaa voimaa olisi olemassa pitämään niitä yhdessä. Vahva voima on luonteeltaan voimakkain voima. Se myös sitoo kvarkit yhteen protonien ja neutronien muodostamiseksi.
Heikko voima- Heikko voima on toinen perustavanlaatuinen ydinvoima. Se on vahvempi kuin painovoima, mutta se toimii vain äärettömän pienillä etäisyyksillä. Subatomisten energianippujen, joita kutsutaan bosoneiksi, kantama heikko voima saa protonit muuttumaan neutroneiksi ja päinvastoin ydinvoiman hajoamisen aikana. Ilman tätä voimaa ydinfuusio olisi mahdotonta, eikä tähtiä, kuten aurinkoa, olisi olemassa.