מה יכול לגרום לשינוי המהירות?

הראשון משלושת חוקי התנועה של סר אייזק ניוטון, המהווים בסיס למכניקה הקלאסית, קובע כי אנ אובייקט במנוחה או במצב של תנועה אחידה יישאר כך ללא הגבלת זמן בהעדר חיצוני כּוֹחַ. במילים אחרות, כוח הוא זה שגורם לשינוי מהירות, או תאוצה. כמות התאוצה המיוצרת על עצם בכוח נתון נקבעת על ידי המסה של האובייקט.

כאשר פיזיקאים מדברים על מהירות האובייקט, הם מדברים לא רק על מהירות האובייקט אלא גם על הכיוון אליו הוא נע. באופן דומה, לכוח יש מרכיב כיווני כמו גם כמותי - כוח המנוגד ישירות למהירות האובייקט השפעה שונה על האובייקט מאשר כוח הפועל בזווית ישרה שלו תְנוּעָה. במונחים מתמטיים כוח, מהירות ותאוצה - שזה קצב שינוי המהירות המיוצרים בכוח - הם כמויות "וקטוריות", שזה מונח המרמז על כיוונן רְכִיב.

הדרך הקלה ביותר להבין כיצד כוח משנה את מהירות האובייקט היא לדמיין את הכוח הפועל באותו כיוון כמו המהירות. לדוגמא, מנועי הסילון במטוס מספקים כוח שפועל לכיוון תנועת המטוס, נותן לו תאוצה חיובית וגורם לו לעבור מהר יותר. לעומת זאת, חיכוך אוויר מתנגד ישירות לתנועת המטוס ומאט אותו; אם המנועים יפסיקו לעבוד, המטוס ייפול מהשמיים. אך כאשר כוח המנוע ותנועת לחץ האוויר כלפי מעלה בכנפיים המעוצבות אווירודינמית מאזנות את הכוח של חיכוך וכוחות מאטים אחרים, כולל כוח המשיכה, המטוס טס במהירות קבועה לעבר יעדו.

משיכת הכבידה שמשמשת על פני כדור הארץ היא דוגמה לכוח בעל מרכיב כיוון חשוב. מכיוון שכוח הכבידה פועל בזווית ישרה לתנועת כדור הארץ, הוא אינו משנה את מהירות נסיעתו של כדור הארץ, אלא הוא משנה כל הזמן את הכיוון. כתוצאה מכך, כדור הארץ נע במסלול כמעט מעגלי. מהירות כדור הארץ עשויה להיות קבועה יחסית, אך מהירותה משתנה תמיד כתוצאה מכוח הכבידה שתמיד מושך אותה לעבר השמש. אותו כוח משיכה מחזיק לוויינים במסלול סביב כדור הארץ.

הקשר המתמטי בין כוח (F) המופעל על אובייקט לבין תאוצה שלו (a) הוא F = m • a, כאשר "m" הוא המסה של האובייקט. יחידת הכוח במערכת המטרית היא הניוטון, אשר נקרא על שם אייזק ניוטון, הפיזיקאי האנגלי שגיבש את הקשר. בעולם האמיתי, בדרך כלל ישנם כמה כוחות הפועלים על גוף, שלכל אחד מהם רכיב כיווני. כוחות אלה עשויים להיות בעלי אופי מכני, כוח משיכה, חשמל או מגנטי. כדי לחזות את תנועת האובייקט, לעתים קרובות כדאי לצייר דיאגרמה של גוף חופשי, המהווה ייצוג גרפי של כוחות אלה המתאר את הגודל והכיוון של כל אחד מהם.