La force a une signification spécifique en physique et, contrairement aux films, elle n'a rien à voir avec l'harmonie sous-jacente de l'univers. En physique, une force est une poussée ou une traction résultant d'une interaction entre deux objets. Une force peut résulter d'un contact direct, comme un enfant poussant un chariot, ou d'une action à distance, comme l'attraction gravitationnelle que la Terre exerce sur la Lune. Au sein de ces deux grandes catégories, il est possible d'identifier au moins 10 forces différentes qui contribuent à façonner l'univers et à conditionner notre expérience dans celui-ci.
Forces de contact
Lorsqu'il a formulé ses lois du mouvement, Sir Isaac Newton a sans aucun doute imaginé les forces de contact comme ses principaux exemples. Ce sont les forces qui résultent de l'interaction physique directe entre deux objets. Selon la deuxième loi de Newton :
F=ma
une force de grandeur F produit une accélération "a" lorsqu'elle est appliquée à un objet de masse "m".
Force appliquée
– C'est le type de force le plus facile à comprendre. Appuyez sur un objet et l'objet repousse, dit la première loi de Newton, jusqu'à ce que l'amplitude de la force surmonte l'inertie de l'objet. À ce stade, l'objet commence à se déplacer et, en l'absence d'autres forces, accélère d'une quantité proportionnelle aux grandeurs de sa masse et de la force appliquée.Force normale– La force est une quantité vectorielle, ce qui signifie que sa grandeur dépend de la direction. Dans toute interaction entre deux objets, la force normale est la force perpendiculaire à l'interface entre les objets en interaction. La force normale ne produit pas toujours un mouvement. Par exemple, une table exerce une force normale sur un livre pour vaincre la force de gravité et empêcher le livre de tomber.
Force de friction– La force de friction résiste généralement au mouvement. C'est le résultat du fait que les surfaces dans le monde réel ne sont pas parfaitement lisses. L'amplitude de la force de frottement exercée par une surface dépend du coefficient de frottement du matériau à partir duquel la surface est constituée ainsi que de celui de l'objet se déplaçant le long de celle-ci. La force de friction sur un objet au repos, appelée friction statique, est différente de celle sur un objet en mouvement, appelée friction de glissement.
Résistance à l'air– Les objets se déplaçant dans l'atmosphère terrestre rencontrent une force de résistance créée par la friction générée par les molécules d'air. Cette force devient plus forte avec l'augmentation de la vitesse et l'augmentation de la surface perpendiculaire à la direction du mouvement. C'est une quantité importante dans les industries de l'aviation et de l'aérospatiale.
Force de tension– Attachez une ficelle à un objet fixe, tirez sur l'autre extrémité et la ficelle se retire jusqu'à ce qu'elle se brise. La force exercée par la corde est la force de tension, qui est appliquée sur toute sa longueur. C'est une propriété du matériau à partir duquel la corde est faite ainsi que le diamètre.
Force du ressort– La quantité de force nécessaire pour comprimer un ressort dépend du matériau à partir duquel le ressort est fabriqué, du diamètre du fil qui forme les spires et du nombre de spires. Ces propriétés sont quantifiées dans un nombre caractéristique du ressort appelé constante de ressort "k". La force nécessaire pour comprimer le ressort sur une distance "x" est donnée par la loi de Hooke :
F=kx
Action à distance Forces
Les forces fondamentales de la nature qui font tourner les planètes et le soleil et les étoiles brûlent toutes agissent à distance. Sans eux, l'univers que nous connaissons n'existerait probablement pas ou, s'il existait, ce serait un endroit très différent.
Force gravitationnelle– La raison de l'existence de cette force est un mystère, mais si elle n'existait pas, les planètes et les étoiles ne pourraient pas se former. L'amplitude de la force gravitationnelle que les objets exercent les uns sur les autres dépend des masses des objets et de l'inverse du carré de la distance qui les sépare. Plus les objets sont massifs et/ou plus la distance entre eux est courte, plus la force est forte.
Force électromagnétique– Bien qu'ils ne semblent pas être les mêmes, l'électricité et le magnétisme sont liés. Les électrons qui circulent produisent du magnétisme et un aimant en mouvement produit de l'électricité. La relation entre ces phénomènes a été expliquée par le physicien écossais James Clerk Maxwell au 19ème siècle et est quantifiée dans ses équations. L'électricité exerce une force via l'attraction ou la répulsion de particules chargées, tandis que la force magnétique est due à l'attraction ou à la répulsion provoquée par les pôles magnétiques.
La force puissante– Parce que tous les protons sont chargés positivement, ils se repoussent et ils ne seraient pas capables de former un noyau atomique si la force puissante n'existait pas pour les maintenir ensemble. La force forte est la force la plus puissante de la nature. C'est aussi celui qui lie les quarks entre eux pour former des protons et des neutrons.
La force faible– La force faible est une autre force nucléaire fondamentale. C'est plus fort que la gravité, mais cela ne fonctionne qu'à des distances infiniment courtes. Portée par des faisceaux d'énergie subatomiques appelés bosons, la force faible transforme les protons en neutrons et vice versa lors de la désintégration nucléaire. Sans cette force, la fusion nucléaire serait impossible et les étoiles, comme le soleil, n'existeraient pas.