Kracht heeft een specifieke betekenis in de natuurkunde en heeft – in tegenstelling tot films – niets te maken met de onderliggende harmonie van het universum. In de natuurkunde is een kracht een duw of trek die het gevolg is van een interactie tussen twee objecten. Een kracht kan het gevolg zijn van direct contact, zoals een kind dat een wagen duwt, of van actie op afstand, zoals de zwaartekracht die de aarde uitoefent op de maan. Binnen deze twee brede categorieën is het mogelijk om ten minste 10 verschillende krachten te identificeren die helpen het universum vorm te geven en onze ervaring erin te conditioneren.
Contactkrachten
Toen hij zijn bewegingswetten formuleerde, stelde Sir Isaac Newton zich ongetwijfeld contactkrachten voor als zijn belangrijkste voorbeelden. Dit zijn de krachten die het gevolg zijn van directe fysieke interactie tussen twee objecten. Volgens de tweede wet van Newton:
F=ma
een kracht van grootte F produceert een versnelling "a" wanneer toegepast op een object met massa "m."
Uitgeoefende kracht– Dit is het gemakkelijkste type kracht om te begrijpen. Duw op een object en het object duwt terug, zegt de eerste wet van Newton, totdat de grootte van de kracht de traagheid van het object overwint. Op dat moment begint het object te bewegen en, bij afwezigheid van andere krachten, versnelt het met een hoeveelheid die evenredig is aan de grootte van zijn massa en de uitgeoefende kracht.
Normale kracht– Kracht is een vectorgrootheid, wat betekent dat de grootte ervan afhangt van de richting. Bij elke interactie tussen twee objecten is de normaalkracht de kracht die loodrecht staat op het grensvlak tussen de op elkaar inwerkende objecten. Normale kracht veroorzaakt niet altijd beweging. Een tafel oefent bijvoorbeeld een normaalkracht uit op een boek om de zwaartekracht te overwinnen en te voorkomen dat het boek valt.
Wrijvingskracht- Wrijvingskracht weerstaat meestal beweging. Het is een gevolg van het feit dat oppervlakken in de echte wereld niet perfect glad zijn. De grootte van de wrijvingskracht die door een oppervlak wordt uitgeoefend, hangt af van de wrijvingscoëfficiënt van het materiaal waaruit het oppervlak is gemaakt en van het object dat er langs beweegt. De wrijvingskracht op een rustend voorwerp, statische wrijving genaamd, is anders dan die op een bewegend voorwerp, glijdende wrijving genoemd.
Luchtweerstand– Objecten die door de atmosfeer van de aarde bewegen, ondervinden een weerstandskracht die wordt gecreëerd door de wrijving die wordt gegenereerd door luchtmoleculen. Deze kracht wordt sterker met toenemende snelheid en toenemende oppervlakte loodrecht op de bewegingsrichting. Het is een belangrijke hoeveelheid in de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Spanningskracht- Bind een touwtje aan een vast voorwerp, trek aan het andere uiteinde en het touw trekt terug totdat het breekt. De kracht die de snaar uitoefent, is de spankracht, die over de lengte wordt uitgeoefend. Het is een eigenschap van zowel het materiaal waarvan de snaar is gemaakt als de diameter.
Lente kracht– De hoeveelheid kracht die nodig is om een veer samen te drukken, hangt af van het materiaal waaruit de veer is gemaakt, de diameter van de draad die de spoelen vormt en het aantal spoelen. Deze eigenschappen worden gekwantificeerd in een getal dat karakteristiek is voor de veer, de veerconstante "k". De kracht die nodig is om de veer samen te drukken over een afstand "x" wordt gegeven door de wet van Hooke:
F=kx
Actie op afstand Krachten
De fundamentele natuurkrachten die ervoor zorgen dat de planeten draaien en de zon en de sterren branden, werken allemaal op afstand. Zonder hen zou het universum dat we kennen waarschijnlijk niet bestaan, of, als dat wel het geval was, zou het een heel andere plaats zijn.
Zwaartekracht– De reden voor het bestaan van deze kracht is een mysterie, maar als het niet bestond, zouden er geen planeten en sterren kunnen ontstaan. De grootte van de zwaartekracht die objecten op elkaar uitoefenen, hangt af van de massa van de objecten en de inverse van het kwadraat van de afstand ertussen. Hoe massiever de objecten en/of hoe korter de afstand ertussen, hoe sterker de kracht.
Elektromagnetische kracht– Hoewel ze niet hetzelfde lijken, zijn elektriciteit en magnetisme verwant. Stromende elektronen produceren magnetisme en een bewegende magneet produceert elektriciteit. De relatie tussen deze verschijnselen werd in de 19e eeuw verklaard door de Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell en wordt gekwantificeerd in zijn vergelijkingen. Elektriciteit oefent een kracht uit via de aantrekking of afstoting van geladen deeltjes, terwijl de magnetische kracht het gevolg is van de aantrekking of afstoting veroorzaakt door magnetische polen.
De sterke kracht– Omdat alle protonen positief geladen zijn, stoten ze elkaar af en zouden ze geen atoomkern kunnen vormen als de sterke kracht niet bestond om ze bij elkaar te houden. De sterke kracht is de meest krachtige kracht in de natuur. Het is ook degene die quarks samenbindt om protonen en neutronen te vormen.
De zwakke kracht– De zwakke kracht is een andere fundamentele kernkracht. Het is sterker dan de zwaartekracht, maar het werkt alleen op oneindig kleine afstanden. Gedragen door subatomaire bundels van energie die bosonen worden genoemd, zorgt de zwakke kracht ervoor dat protonen veranderen in neutronen en vice versa tijdens nucleair verval. Zonder deze kracht zou kernfusie onmogelijk zijn en zouden sterren, zoals de zon, niet bestaan.