힘이란 무엇입니까? (물리학)

"힘"이라는 단어에 익숙하고 일상적인 대화에서 사용되는 것을 들어 본 적이있을 것입니다 ( "선택의 여지가 없었습니다 – 그는 강제로했습니다!"). 힘의 물리적 정의를 알고 있습니까?

이 기사에서는 힘이 실제로 무엇인지뿐만 아니라 아이디어가 어디에서 왔으며 물리학에서 어떻게 사용되는지를 배웁니다.

힘을 이해하기위한 올바른 물리학 적 사고 방식을 얻으려면 알고있는 것을 기억하십시오. 운동. 물체의 위치 (공간에서의 위치)를 설명하고 그 위치가 시간에 따라 어떻게 변하는 지 설명 할 수 있습니다. 단위 시간당 위치 변화율은속도. 또한 속도가 어떻게 변하는 지 설명 할 수 있습니다. 단위 시간당 속도 변화율을 호출합니다.가속​.

이러한 물리량 (위치, 속도 및 가속도)은 모두 벡터 수량, 의미와 방향이 연관되어 있습니다.

보도에 앉아있는 바위와 같이 물체가 정지되어 있다면 무언가가 움직일 때까지 그 물체가 거기에있을 것이라고 상당히 확신 할 것입니다. 보도를 따라 걷는 누군가가 차를 차거나 강한 바람에 밀릴만큼 바위가 가볍습니다. 이것이 발생하면 동작이 변경됩니다. 이 변화를 일으키는 물리량은 우리가 배우게 될 힘입니다.

또한 특정 물체가 다른 물체보다 이동하기 더 어렵다는 느낌이있을 것입니다. 무거운 바위에 비해 작은 조약돌을 상상해보십시오. 돌을 움직이려면 훨씬 더 세게 차야합니다. 마찬가지로, 가벼운 물체와 무거운 물체 두 개가 이미 움직이고 있다면 더 무거운 물체를 정지시키는 것이 훨씬 더 어렵습니다.

움직임의 변화에 ​​대한 물체의 저항을 관성. 어떤 변화를 일으키기 위해 얼마나 많은 힘이 필요한지는 관성의 척도 인 질량과 관련이 있습니다.

힘의 개념은 오랫동안 존재 해 왔지만 마찰에 대한 오해로 인해 많은 부분에서 잘 이해되지 않았습니다.

아리스토텔레스는 모든 물체가 쉴 수있는 자연 상태를 가지고 있으며 힘이 작용하지 않는 한 그렇게 할 것이라고 제안했습니다. 그는이 개념을 사용하여 물체가 땅에 떨어지는 이유를 설명하거나 밀린 후에 천천히 멈 춥니 다.

그러나 갈릴레오는이 생각을 반박하고 마찰이라는 정지 력의 존재를 설명했습니다. 그는 물체를 늦추는 마찰이 없다면 물체가 직선 경로로 계속 움직일 것이라고 결정했습니다.

Isaac Newton 경은 그의 유명한 운동의 세 가지 법칙. 그는 세력이 무엇을하는지, 어떻게 행동하는지 설명 할 수 있었고 개념에 단위로 숫자를 부여 할 수도있었습니다.

뉴턴의 첫 번째 운동 법칙 (때로는 관성의 법칙이라고도 함)은 불균형 한 힘이 작용하지 않는 한 정지 상태의 물체가 정지 상태로 남아 있다고 말합니다. 이 부분은 보도에서 바위를 차는 것을 생각할 때 매우 직관적입니다. 또한, 이 법칙은 일정한 속도 운동 (직선 경로에서 일정한 속도로 운동)을 겪는 모든 물체는 순 외력에 의해 작용하지 않는 한 계속 그렇게 할 것이라고 말합니다.

첫 번째 법칙의 두 번째 부분은 일상적인 상호 작용에서 사물이 영원히 계속 움직이는 경향이 없기 때문에 덜 직관적입니다. 그러나 그것은 마찰이라고하는 저항력에 의해 작용하기 때문입니다.

뉴턴의 운동 제 2 법칙은 물체에 대한 순 힘 (작용하는 모든 힘의 벡터 합)이 물체의 힘의 곱과 같다고 말합니다. 질량 그리고 가속. 다시 말해:

뉴턴의 운동 제 2 법칙은 왜 무거운 물체를 더 세게 밀어야 더 가벼운 물체가 움직임을 바꾸도록 만드는지 설명 할 수있었습니다. 그것은 또한 공식적으로 물체의 움직임의 변화 인 가속의 물리적 양과 힘을 연관 시켰습니다.

뉴턴의 세 번째 운동 법칙은 힘이 어떻게 쌍으로 오는지 설명했습니다. 물체 A가 물체 B에 힘을 가하면 물체 B는 물체 A에 크기가 같고 물체 B에 가해지는 힘의 반대 방향으로 힘을가합니다.

뉴턴의 제 3 법칙은 총을 맞았을 때 총이 반동하는 이유와 스케이트 보드에 서서 벽을 밀면 뒤로 굴러가는 이유를 설명합니다.

힘은 밀기 또는 당기기로 생각할 수 있습니다. 하나의 힘만 오브젝트에 작용하는 경우 해당 단일 힘으로 인해 오브젝트의 모션이 질량에 반비례하여 변경됩니다.

힘은 크기와 방향이 있음을 의미하는 벡터 양입니다. 순 힘의 방향은 항상 가속 또는 변화의 방향과 동일합니다. 움직임 (물체가 느려지는 상황에서 움직임의 방향과 반대 일 수 있음) 하위.)

힘의 SI 단위는 1 N = 1 kgm / s 인 뉴턴입니다.². CGS 단위는 1 다인 = 1gcm / s 인 다인입니다.².

물체를 밀거나 당겨서 물체에 힘을 가할 수 있다는 것을 이미 알고 있습니다. 이것은 접촉이 필요하기 때문에 접촉력이라고합니다. 그러나 다른 많은 유형의 힘도 있습니다.

물리학을 공부할 때 접하게되는 몇 가지 일반적인 힘의 목록은 다음과 같습니다.

• ​중력:그만큼 중력 물체가지면을 향해 가속하는 자유 낙하 운동 중에 물체를 관찰 할 수 있습니다. 그러나 중력은 또한 행성을 궤도에 유지하고 우주로 날아가는 것을 방해합니다.
• ​수직력 :이것은 표면에 수직으로 작용하는 지지력이며 물체가 바닥이나 테이블 상판을 통해 떨어지는 것을 방지합니다.
• ​전자기력 :이것은 자력과 정전기력을 총칭합니다. 이러한 유형의 힘은 충전 또는 이동 충전의 결과입니다. 전자가 서로를 밀어 내고 자석이 서로 달라 붙는 이유입니다.
• ​마찰력 :그만큼 마찰력 물체의 움직임에 반대하는 힘입니다. 책을 빙판 위로 미끄러 뜨리는 것보다 탁자 위에 책을 끼우는 것이 더 어려운 이유입니다. 마찰력은 서로 접촉하는 표면에 따라 다릅니다.
• ​공기 저항 :이 힘은 마찰과 유사합니다. 그것은 공기 자체가 그것을 통해 떨어지는 물체의 움직임에 반대하는 결과입니다. 물체가 충분히 오랫동안 떨어지면 공기 저항의 힘으로 인해 물체가 최종 속도에 도달하게됩니다.
• ​장력 :이것은 끈, 와이어 또는 이와 유사한 것을 따라 전달되는 일종의 힘입니다.
• ​기타 근본적인 힘 :자연에는 네 가지 근본적인 힘이 있습니다. 두 가지는 이미 나열된 중력과 전자기학이고 다른 두 가지는 약한 핵력과 강한 핵력입니다. 이 마지막 두 가지는 일반적으로 아 원자 규모의 사물에만 영향을 미치기 때문에 들어 본 적이 없을 수도 있습니다.

뉴턴의 두 번째 법칙은 순 힘. 물체에 대한 순 힘은 물체에 작용하는 모든 힘의 벡터 합입니다.

예를 들어 두 사람이 같은 힘으로 반대 방향으로 블록을 밀도록 할 수 있습니다. 그러나 순 힘은 0이됩니다. 즉, 이 두 힘이 서로 상쇄되기 때문에 블록이 움직이지 않습니다.

자유 물체 다이어그램은 힘의 방향을 가리키는 비례 길이의 화살표로 물체에 대한 각 힘 벡터의 크기와 방향을 나타내는 스케치입니다. 힘과 관련된 물리학 문제를 해결할 때 이러한 다이어그램을 많이 스케치 할 수 있습니다. 어떤 힘이 작용하는지 시각화하고 힘을 더하여 그물을 얻는 방법을 더 명확하게합니다. 힘.

물체에 대한 순 힘이 없다면 이것은 뉴턴의 두 번째 법칙을 통해 물체의 가속도가 0임을 의미합니다. 즉, 물체는 일정한 속도를 가져야합니다.

• 일정한 속도는 0 속도와 동일하지 않습니다. 예를 들어, 일정한 2m / s로 움직이는 물체는 반드시 그것에 작용하는 순 힘이 없습니다.

구심력이라고하는 힘에 대해 들어 보셨을 것입니다. 이것은 실제로는 일종의 순 힘이기 때문에 이전 섹션의 다른 힘과 함께 나열되지 않았습니다. 원형 운동을하는 모든 물체에 대한 반경 방향의 순 힘입니다.

일정한 속도에서도 원 운동은 직선 경로를 유지하지 않기 때문에 등속 운동이 아닙니다. 어떤 힘의 조합은 원 운동을 일으키기 위해 작용해야합니다. 구심력은 이러한 유형의 운동을 유발하는 방사형 순 힘입니다.

• 구심력과 원심력을 혼동하지 마십시오. 후자는 실제로 의사 힘으로 간주됩니다. 원 운동을하는 물체에 작용하는 것처럼 보이는 힘입니다. 예를 들어, 코너를 돌고있는 차 안에있을 때 눌리는 것처럼 느껴질 수 있습니다. 하지만 실제로 일어나고있는 것은 힘이 당신을 곡선 경로.

어떤 힘은 접촉없이 신비하게 행동하는 것 같습니다. 여러분이 잘 알고있는 한 가지 예는 중력입니다. 물체를 떨어 뜨리면 지구는 물체를 건드리지 않고 물체를 끌어 당깁니다.

이 현상을 설명하기 위해 물리학 자들이 개발 한 수학적 도구 중 하나는 분야의 개념입니다. (예, "힘장"이지만 광자 어뢰로부터 당신을 보호하는 종류는 아닙니다!)

중력장은 공간의 각 지점에 상대적인 크기를 나타내는 벡터와 어떤 물체가 그 위치에서 힘을 경험할 수 있는지에 관계없이 그 위치에서 중력의 방향 위치. 주어진 지점에서 중력장의 값은 단순히 질량이 느끼는 중력 일 것입니다.미디엄그 위치에 있지만미디엄​.

이러한 힘 장의 개념은 작용하는 것처럼 보이는 이러한 "신비한"힘에 대한 설명을 허용합니다. 아무것도 건드리지 않고 물체와 상호 작용하는 물체의 결과로 힘을 설명함으로써 들.

중력장과 마찬가지로 전기장 또는 자기장을 가질 수 있습니다. 단위 전 하당 상대 힘 또는 (단위 자기 모멘트 당 힘) 물체가 특히 느낄 것 위치.