Cuvantul forta apare practic în fiecare aspect imaginabil al vieții de zi cu zi, de la sport la vreme până la conflicte militare. Dar, fundamental, forța este un concept înrădăcinat în fizică, unde are un sens foarte specific și critic. Unitatea standard de forță este newtonul (N), egal cu kg ⋅ m / s2.
Forța este una dintre cele două cantități de fizică care afectează mișcarea unui obiect, cealaltă fiind masa. Se numește descrierea mișcării obiectelor în spațiu cinematică, care ia în considerare poziția, viteza și accelerația; incluzând forța și masa în studiul mișcării introduce conceptul de dinamica.
Legile mișcării lui Newton
Înainte de a afla despre forțe specifice și despre cum se fac calcule care implică această cantitate, este util să revizuim cele trei legi de bază ale mișcării concepute de Isaac Newton:
1. Fiecare obiect aflat într-o stare de mișcare constantă (inclusiv odihna) va rămâne în acea stare, cu excepția cazului în care este acționat de forța externă.
2. Forța este produsul masei și al accelerației.
3. Pentru fiecare forță, există o forță opusă în direcție și egală în magnitudine.
A doua lege a lui Newton este cel de cel mai mare interes dacă doriți să calculați forța sau să determinați masa sau accelerația dacă vi se oferă informații despre forță și una dintre celelalte două mărimi. Accelerarea este o schimbare a vitezei.
Exemple de forțe
Vă puteți gândi la o forță ca la ceva care împinge sau trage; deși este util ca metaforă, totuși, acest lucru nu face prea mult pentru a vă înțelege lumea reală. În schimb, o listă care arată gama forțelor naturale este un instrument mai bun pentru a vă familiariza cu forțele pe care le veți folosi în calculele fizice.
Greutate este o forță misterioasă care acționează asupra tuturor obiectelor cu masă și rezultă din gravitație, care la suprafața Pământului are o valoare de 9,8 metri pe secundă pătrat (9,8 m / s2). Tensiune, elasticitate, frecare și așa-numitul Forta normala sunt forțe care acționează asupra solidelor; flotabilitatea, ridicarea, împingerea și rezistența sunt forțe asociate în mod unic cu fluidele (lichide și gaze).
electrostatic și magnetic forțele sunt asociate cu particulele încărcate. De asemenea, natura include patru forțe fundamentale care dau naștere tuturor celorlalte forțe. Una dintre acestea este gravitația, care este de departe cea mai slabă forță fundamentală; ceilalți sunt electromagnetism si puternic și nuclear slab interacțiunile în atomi.
Ecuația Forței
Forma standard a formulei forței din fizică afirmă că forta externa neta pe un obiect este produsul masei sale și al accelerației sale:
\ textbf {F} = m \ textbf {a}
Aici sunt forța și accelerația cantități vectoriale, ceea ce înseamnă că au atât o valoare (magnitudine, reprezentată printr-un număr), cât și o direcție în spațiu asociată cu ele. Masa este o cantitatea scalară, adică este descris pe deplin în termeni de magnitudine.
Exemplu de forță de calcul
O mașină compactă cu o masă de 1.000 kg accelerează spre nord cu 5 m / s2. Care este forța produsă de această accelerație?
F = (1.000 kg) (5 m / s2) = 5.000 N.
Mașina atinge în cele din urmă o viteză de 40 m / s (aproximativ 90 mile pe oră) și se nivelează la această viteză. Care este forța externă asupra mașinii acum?
Acesta este un fel de întrebare truc. În timp ce o mașină care depășește viteza are o mulțime de impuls, dacă mașina nu se confruntă cu o accelerație, ambele părți ale forței ecuația este zero și nu există nicio forță externă netă care acționează asupra sistemului, în acest caz constând doar din mașină. Cantitatea fizică de cel mai mare interes aici, impuls, este produsul masei și al vitezei v (comparați-l cu ecuația forței).
