Žodis jėga pasirodo praktiškai visais įsivaizduojamais kasdienio gyvenimo aspektais, pradedant sportu, baigiant oru ir baigiant kariniais konfliktais. Tačiau iš esmės jėga yra fizikoje įsišaknijusi sąvoka, kur ji turi labai specifinę ir kritinę prasmę. Standartinis jėgos vienetas yra niutonas (N), lygus kg ⋅ m / s2.
Jėga yra vienas iš dviejų fizikos dydžių, turinčių įtakos objekto judėjimui, kitas yra masinis. Vadinamas objektų judėjimo erdvėje aprašymas kinematika, kuriame atsižvelgiama į padėtį, greitį ir pagreitį; įtraukiant jėgą ir masę į judesio tyrimą, pristatoma sąvoka dinamika.
Niutono judesio dėsniai
Prieš sužinant apie konkrečias jėgas ir kaip atlikti skaičiavimus, susijusius su šiuo kiekiu, naudinga peržiūrėti tris pagrindinius judėjimo dėsnius, kuriuos sugalvojo Isaacas Newtonas:
1. Kiekvienas objektas, esantis nuolatinio judėjimo būsenoje (įskaitant poilsį), išliks toje būsenoje, nebent to veiktų išorinė jėga.
2. Jėga yra masės ir pagreičio sandauga.
3. Kiekvienai jėgai egzistuoja priešinga kryptimi ir vienodo dydžio jėga.
Antrasis Niutono dėsnis yra labiausiai dominantis, jei norite apskaičiuoti jėgą arba nustatyti masę ar pagreitį, jei turite informacijos apie jėgą ir vieną iš kitų dviejų dydžių. Pagreitis yra greičio pokytis.
Jėgų pavyzdžiai
Galite galvoti apie jėgą kaip apie tai, kas stumia ar traukia; Nors tai yra naudinga kaip metafora, tačiau tai nepadeda stiprinti jūsų supratimo realiame pasaulyje. Vietoj to, sąrašas, rodantis natūralių jėgų diapazoną, yra geresnė priemonė susipažinti su jėgomis, kurias naudosite skaičiuodami fiziką.
Svoris yra paslaptinga jėga, veikianti visus masės objektus, atsirandančius dėl gravitacijos, kurios Žemės paviršiuje vertė yra 9,8 metrai per sekundę kvadratu (9,8 m / s2). Įtampa, elastingumas, trintis ir vadinamasis normali jėga yra jėgos, veikiančios kietąsias medžiagas; plūdrumas, kėlimas, trauka ir pasipriešinimas yra jėgos, unikaliai susijusios su skysčiais (skysčiais ir dujomis).
The elektrostatinis ir magnetinis jėgos yra susijusios su įkrautomis dalelėmis. Be to, gamta apima keturios pagrindinės jėgos kurie sukelia visas kitas jėgas. Viena iš jų yra gravitacija, kuri yra neabejotinai silpniausia pagrindinė jėga; kiti yra elektromagnetizmas ir stiprus ir silpnas branduolinis sąveika atomuose.
Jėgos lygtis
Standartinė jėgos formulės forma visoje fizikoje teigia, kad grynoji išorinė jėga objektas yra jo masės ir pagreičio sandauga:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Čia jėga ir pagreitis vektoriniai dydžiai, tai reiškia, kad jie turi ir vertę (dydį, kurį žymi skaičius), ir kryptį erdvėje, susietą su jais. Mišios yra a skaliarinis kiekis, tai reiškia, kad jis yra visiškai aprašytas pagal jo dydį.
Jėgos skaičiavimo pavyzdys
1 000 kg masės kompaktiškas automobilis įsibėgėja tiesiai į šiaurę 5 m / s greičiu2. Kokia jėga, kurią sukelia šis pagreitis?
F = (1 000 kg) (5 m / s2) = 5000 N.
Galų gale automobilis pasiekia 40 m / s (apie 90 mylių per valandą) greitį ir tokiu greičiu išsilygina. Kokia dabar išorinė jėga automobiliui?
Tai yra gudrus klausimas. Nors greičio viršijantis automobilis turi daug impulsų, jei automobilis nepatiria pagreičio, abi jėgos pusės lygtis yra lygi nuliui ir nėra sistemos veikiančios grynosios išorinės jėgos, šiuo atveju susidarančios tik iš automobilis. Čia didžiausias susidomėjimas fiziniu dydžiu, pagreitį, yra masės ir greičio v sandauga (palyginkite tai su jėgos lygtimi).