Vārds spēks parādās praktiski visos iedomājamos ikdienas dzīves aspektos, sākot no sporta līdz laika apstākļiem un beidzot ar militāriem konfliktiem. Bet būtībā spēks ir jēdziens, kas sakņojas fizikā, kur tam ir ļoti specifiska un kritiska nozīme. Standarta spēka vienība ir ņūtons (N), kas vienāds ar kg ⋅ m / s2.
Spēks ir viens no diviem fizikas lielumiem, kas ietekmē objekta kustību, otrs ir masa. Tiek saukts objektu kustības apraksts telpā kinemātika, kurā ņemta vērā atrašanās vieta, ātrums un paātrinājums; iekļaujot spēku un masu kustības izpētē, tiek ieviests jēdziens dinamika.
Ņūtona kustības likumi
Pirms uzzināt par konkrētiem spēkiem un to, kā veikt aprēķinus, kas saistīti ar šo daudzumu, ir noderīgi pārskatīt trīs Īzaka Ņūtona iecerētos kustības likumus:
1. Katrs objekts pastāvīgas kustības stāvoklī (ieskaitot atpūtu) paliks tādā stāvoklī, ja vien uz to nerīkosies ārējs spēks.
2. Spēks ir masas un paātrinājuma rezultāts.
3. Katram spēkam pastāv spēks, kas ir pretējs virzienā un vienāds ar lielumu.
Ņūtona otrais likums ir vislielākā interese, ja vēlaties aprēķināt spēku vai noteikt masu vai paātrinājumu, ja tiek sniegta informācija par spēku un vienu no pārējiem diviem lielumiem. Paātrinājums ir ātruma izmaiņas.
Spēku piemēri
Jūs varat domāt par spēku kā kaut ko tādu, kas stumj vai velk; kaut arī tas ir noderīgi kā metafora, tomēr tas neko daudz nedara, lai veicinātu jūsu reālās pasaules izpratni. Tā vietā saraksts, kas parāda dabisko spēku diapazonu, ir labāks līdzeklis, lai iepazītos ar spēkiem, kurus izmantosiet savos fizikas aprēķinos.
Svars ir noslēpumains spēks, kas iedarbojas uz visiem objektiem ar masu un rodas smaguma dēļ, kura vērtība uz Zemes virsmas ir 9,8 metri sekundē kvadrātā (9,8 m / s).2). Spriegojums, elastība, berze un tā saukto normāls spēks ir spēki, kas iedarbojas uz cietām daļām; peldspēja, pacēlums, vilce un vilkšana ir spēki, kas unikāli saistīti ar šķidrumiem (šķidrumiem un gāzēm).
The elektrostatisks un magnētisks spēki ir saistīti ar uzlādētām daļiņām. Arī daba ietver četri fundamentāli spēki kas rada visus pārējos spēkus. Viens no tiem ir gravitācija, kas neapšaubāmi ir vājākais pamatspēks; pārējie ir elektromagnētisms un spēcīgs un vāja kodolenerģija mijiedarbība atomos.
Spēka vienādojums
Spēka formulas standarta forma visā fizikā norāda, ka tīrais ārējais spēks uz objektu ir tā masas un paātrinājuma reizinājums:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Šeit ir spēks un paātrinājums vektoru daudzumi, kas nozīmē, ka tiem ir saistīta gan vērtība (lielums, ko attēlo skaitlis), gan virziens telpā. Mise ir a skalārais daudzums, kas nozīmē, ka tas ir pilnībā aprakstīts pēc tā lieluma.
Aprēķināšanas spēka piemērs
Kompakta automašīna ar 1000 kg masu paātrinās tieši uz ziemeļiem ar ātrumu 5 m / s2. Kāds ir spēks, ko rada šis paātrinājums?
F = (1000 kg) (5 m / s2) = 5000 N.
Automašīna galu galā sasniedz ātrumu 40 m / s (apmēram 90 jūdzes stundā) un ar šo ātrumu nolīdzinās. Kāds ir ārējais spēks uz automašīnu tagad?
Šis ir sava veida triks jautājums. Kaut arī automašīnai, kas brauc ātri, ir liels impulss, ja automašīna nepiedzīvo paātrinājumu, abas spēka puses vienādojums ir nulle, un uz sistēmu iedarbojas neto ārējais spēks, kas šajā gadījumā sastāv tikai no mašīna. Fiziskais daudzums, kas šeit visvairāk interesē, impulss, ir masas un ātruma v reizinājums (salīdziniet to ar spēka vienādojumu).