Forța are un înțeles specific în fizică și - spre deosebire de filme - nu are nimic de-a face cu armonia subiacentă a universului. În fizică, o forță este o împingere sau tragere rezultată dintr-o interacțiune între două obiecte. O forță poate rezulta din contactul direct, cum ar fi un copil care împinge un vagon sau din acțiunea la distanță, cum ar fi atracția gravitațională pe care Pământul o exercită asupra lunii. În cadrul acestor două mari categorii, este posibil să identificăm cel puțin 10 forțe diferite care ajută la modelarea universului și condiționează experiența noastră în el.
Forțele de contact
Când și-a formulat legile mișcării, Sir Isaac Newton și-a imaginat, fără îndoială, forțele de contact ca fiind exemplele sale principale. Acestea sunt forțele care rezultă din interacțiunea fizică directă dintre două obiecte. Conform celei de-a doua legi a lui Newton:
F = ma
o forță de magnitudine F produce o accelerație „a” atunci când este aplicată unui obiect cu masa „m”.
Forta aplicata
- Acesta este cel mai ușor tip de forță de înțeles. Împingeți un obiect și obiectul împinge înapoi, spune prima lege a lui Newton, până când magnitudinea forței depășește inerția obiectului. În acel moment, obiectul începe să se miște și, în absența altor forțe, accelerează cu o cantitate proporțională cu mărimile masei sale și cu forța aplicată.Forta normala- Forța este o mărime vectorială, ceea ce înseamnă că magnitudinea sa depinde de direcție. În orice interacțiune între două obiecte, forța normală este forța perpendiculară pe interfața dintre obiectele care interacționează. Forța normală nu produce întotdeauna mișcare. De exemplu, o masă exercită o forță normală asupra unei cărți pentru a depăși forța gravitațională și a împiedica căderea cărții.
Forța de frecare- Forța de frecare rezistă de obicei mișcării. Este rezultatul faptului că suprafețele din lumea reală nu sunt perfect netede. Mărimea forței de frecare exercitată de o suprafață depinde de coeficientul de frecare al materialului din care este făcută suprafața, precum și de cel al obiectului care se deplasează de-a lungul acesteia. Forța de frecare asupra unui obiect în repaus, numită fricțiune statică, este diferită de cea a unui obiect în mișcare, numită fricțiune glisantă.
Rezistenta aerului- Obiectele care se deplasează prin atmosfera Pământului întâlnesc o forță rezistivă creată de fricțiunea generată de moleculele de aer. Această forță devine mai puternică odată cu creșterea vitezei și creșterea suprafeței perpendiculare pe direcția de mișcare. Este o cantitate importantă în industria aeronautică și aerospațială.
Forța de tensiune- Legați un șir de un obiect fix, trageți de celălalt capăt, iar șirul trage înapoi până se rupe. Forța pe care o exercită șirul este forța de tensiune, care se aplică pe toată lungimea sa. Este o proprietate a materialului din care este realizat șirul, precum și a diametrului.
Forța de primăvară- Cantitatea de forță necesară pentru a comprima un arc depinde de materialul din care este fabricat arcul, de diametrul firului care formează bobinele și de numărul bobinelor. Aceste proprietăți sunt cuantificate într-un număr caracteristic arcului numit constanta arcului „k”. Forța necesară pentru comprimarea arcului la o distanță "x" este dată de legea lui Hooke:
F = kx
Acțiune la forțe la distanță
Forțele fundamentale ale naturii care mențin planetele învârtite și soarele și stelele arzând acționează la distanță. Fără ele, universul pe care îl știm probabil că nu ar exista sau, dacă ar exista, ar fi un loc foarte diferit.
Forta gravitationala- Motivul existenței acestei forțe este un mister, dar dacă nu ar exista, planetele și stelele nu s-ar putea forma. Mărimea obiectelor forței gravitaționale care se exercită una pe cealaltă depinde de masele obiectelor și de inversul pătratului distanței dintre ele. Cu cât obiectele sunt mai masive și / sau distanța dintre ele este mai mică, cu atât forța este mai puternică.
Forța electromagnetică- Deși nu par să fie la fel, electricitatea și magnetismul sunt legate. Electronii care curg produc magnetism, iar un magnet în mișcare produce electricitate. Relația dintre aceste fenomene a fost explicată de fizicianul scoțian James Clerk Maxwell în secolul al XIX-lea și este cuantificată în ecuațiile sale. Electricitatea exercită o forță prin atracția sau repulsia particulelor încărcate, în timp ce forța magnetică se datorează atracției sau repulsiei cauzate de polii magnetici.
Forța puternică- Deoarece toți protonii sunt încărcați pozitiv, se resping reciproc și nu ar fi capabili să formeze un nucleu atomic dacă nu ar exista forța puternică pentru a-i ține uniți. Forța puternică este cea mai puternică forță din natură. Este, de asemenea, cel care leagă quarkurile împreună pentru a forma protoni și neutroni.
Forța slabă- Forța slabă este o altă forță nucleară fundamentală. Este mai puternic decât gravitația, dar funcționează doar la distanțe infinitezimal de mici. Purtată de fascicule subatomice de energie numite bosoni, forța slabă face ca protonii să se transforme în neutroni și invers în timpul degradării nucleare. Fără această forță, fuziunea nucleară ar fi imposibilă, iar stelele, precum soarele, nu ar exista.