מה הקשר בין מסת כוח ותאוצה?

בסוף שנות ה 1600- פרסמה סר אייזק ניוטון את "Principia Mathematica", ספר שקשר בין עולמות המתמטיקה והפיזיקה. בין שאר הרעיונות החשובים הוא תיאר את חוק התנועה השני - שכוח שווה לתאוצה כפולת המסה או f = ma. למרות שהוא נראה פשוט במבט ראשון, לחוק יש כמה השלכות חשובות, כולל איך עצמים נעים על כדור הארץ ובחלל. חוקים בסיסיים כמו זה אפשרו למדענים לחקור את הטבע בצורה מדויקת ומהנדסים לבנות מכונות שעובדות.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

כוח שווה למסה כפול תאוצה או f = ma.

כוח הוא כמות פיזית שאתה מתמודד איתה בחיי היומיום. צריך כוח לפתוח דלת, להרים ילד או לפצח ביצה. זו משיכה או דחיפה המופעלת על ידי אובייקט אחד על אחר; האובייקטים יכולים להיות כל דבר, החל מפרוטונים ואלקטרונים וכלה בכוכבי לכת וגלקסיות. המשיכה או הדחיפה עשויים להגיע ממגע ישיר או, במקרה של כוח משיכה, חשמל ומגנטיות, מרחוק. מדענים מודדים כוח ביחידות הנקראות ניוטון, כאשר ניוטון אחד הוא הכוח הדרוש להאצת מסה של קילוגרם מטר אחד לשנייה בריבוע.

כשפאק הוקי מחליק על פני הקרח, הוא עושה זאת במהירות קבועה למדי עד שהוא פוגע בשער או במקל של שחקן. למרות שזה זז, זה לא מאיץ. התאוצה באה רק משינוי מהירות. כאשר אובייקט צובר מהירות, התאוצה שלו חיובית; כאשר המהירות הולכת לאיבוד, התאוצה היא שלילית. אתה מודד מהירות ביחידות מרחק חלקי זמן, כגון מיילים לשעה או מטר לשנייה. תאוצה היא שינוי המהירות חלקי הזמן שלוקח לשנות את המהירות, כך שזה מטר לשנייה לשנייה, או מטר לשנייה בריבוע.

המסה של אובייקט היא מדד לכמות החומר שהוא מכיל. לכדור גומי יש פחות מסה מכדור עופרת באותו גודל מכיוון שיש בו פחות חומר, פחות אטומים ופחות מהפרוטונים, הנויטרונים והאלקטרונים המרכיבים את האטומים. המסה מתנגדת גם למאמץ לדחוף או למשוך אותה; קל להרים ולזרוק כדור פינג-פונג; משאית זבל אינה. המשאית מסיבית יותר מכדור הפינג-פונג באלפי פעמים רבות. היחידה הסטנדרטית למסה היא הקילוגרם, כ -2.2 פאונד.

מסה היא סוג פשוט של כמות. אתה יכול לקבל מסות גדולות, מסות זעירות ובין לבין המוני. זה בערך הכול. מדענים מכנים כמויות פשוטות סקלר כי מספר אחד יתאר זאת. כוח ותאוצה, לעומת זאת, מורכבים יותר. יש להם גם גודל וגם כיוון. חזאי מזג אוויר בטלוויזיה, למשל, מדבר על רוח שמגיעה ממערב במהירות של 20 מייל לשעה. זהו וקטור המהירות (מהירות) של הרוח. כדי לתאר באופן מלא כוח או תאוצה, אתה זקוק גם לכמות וגם לכיוון. לדוגמא, ביום מושלג אתה מושך מזחלת של ילד בכיוון קדימה בכוח של 50 ניוטון, והוא מאיץ באותו כיוון ב 0.5 מטר לשנייה בריבוע.

חוק התנועה השני של ניוטון נראה פשוט מספיק: דחף על עצם בעל מסה מסוימת, והוא מאיץ בהתבסס על כמות הכוח והמסה. כוח קטן עם מסה גדולה מביא לתאוצה איטית, וכוח גדול עם מסה קטנה נותן תאוצה מהירה. מה קורה כשאין כוח? כוח של אפס על כל מסה נותן האצה אפסית. אם האובייקט עומד במקום, הוא נשאר דומם; אם הוא נע, הוא ממשיך לנוע באותה מהירות וכיוון. יש לזכור כי כמה כוחות יכולים להיות מעורבים בו זמנית. לדוגמא, אתה קושר חבל סביב סלע ומושך בכל הכוח. יש כוח ומסה, אבל הסלע לא זז, אז התאוצה היא אפס. כוח החיכוך בין הסלע לקרקע מבטל את כוח המשיכה שלך. אתה זקוק לכוח גדול הרבה יותר, כגון טרקטור, בכדי להזיז את הסלע.