Сила имеет особое значение в физике и, в отличие от фильмов, не имеет ничего общего с основной гармонией Вселенной. В физике сила - это толчок или притяжение, возникающее в результате взаимодействия двух объектов. Сила может возникать в результате прямого контакта, например, когда ребенок толкает повозку, или в результате действия на расстоянии, такого как гравитационное притяжение, которое Земля оказывает на Луну. В рамках этих двух широких категорий можно выделить по крайней мере 10 различных сил, которые помогают формировать Вселенную и обусловливают наш опыт в ней.
Контактные силы
Формулируя свои законы движения, сэр Исаак Ньютон, несомненно, рассматривал контактные силы в качестве основных примеров. Это силы, возникающие в результате прямого физического взаимодействия между двумя объектами. Согласно второму закону Ньютона:
F = ma
сила величиной F создает ускорение «а» при приложении к объекту с массой «m».
Приложенная сила- Это самый простой для понимания вид силы. Надавите на объект, и объект оттолкнется, согласно Первому закону Ньютона, до тех пор, пока величина силы не превысит инерцию объекта. В этот момент объект начинает движение и, в отсутствие других сил, ускоряется на величину, пропорциональную величине его массы и приложенной силы.
Нормальная сила- Сила - это векторная величина, то есть ее величина зависит от направления. При любом взаимодействии между двумя объектами нормальная сила - это сила, перпендикулярная границе раздела между взаимодействующими объектами. Нормальная сила не всегда вызывает движение. Например, стол оказывает на книгу обычную силу, чтобы преодолеть силу тяжести и удержать книгу от падения.
Сила трения- Сила трения обычно сопротивляется движению. Это результат того факта, что поверхности в реальном мире не идеально гладкие. Величина силы трения, создаваемой поверхностью, зависит от коэффициента трения материала, из которого сделана поверхность, а также от движущегося по ней объекта. Сила трения неподвижного объекта, называемая трением покоя, отличается от силы трения движущегося объекта, называемой трением скольжения.
Сопротивление воздуха- Объекты, движущиеся в атмосфере Земли, сталкиваются с силой сопротивления, создаваемой трением, создаваемым молекулами воздуха. Эта сила усиливается с увеличением скорости и увеличением площади поверхности, перпендикулярной направлению движения. Это важное количество в авиационной и космической отраслях.
Сила натяжения- Привяжите веревку к неподвижному объекту, потяните за другой конец, и веревка тянется назад, пока не порвется. Сила, которую оказывает струна, - это сила натяжения, приложенная по всей ее длине. Это свойство материала, из которого сделана струна, а также ее диаметр.
Spring Force- Величина силы, необходимой для сжатия пружины, зависит от материала, из которого изготовлена пружина, диаметра проволоки, образующей витки, и количества витков. Эти свойства количественно выражаются в числовой характеристике пружины, называемой жесткостью пружины «k». Сила, необходимая для сжатия пружины на расстояние «x», определяется законом Гука:
F = kx
Действия на расстоянии Силы
Фундаментальные силы природы, которые заставляют планеты вращаться, а солнце и звезды гореть, действуют на расстоянии. Без них Вселенная, которую мы знаем, вероятно, не существовала бы или, если бы она существовала, была бы совсем другим местом.
Сила гравитации- Причина существования этой силы остается загадкой, но если бы ее не было, планеты и звезды не смогли бы образоваться. Величина гравитационной силы, которую объекты оказывают друг на друга, зависит от масс объектов и величины, обратной квадрату расстояния между ними. Чем массивнее объекты и / или чем короче расстояние между ними, тем сильнее сила.
Электромагнитная сила- Хотя они не кажутся одинаковыми, но электричество и магнетизм связаны. Текущие электроны производят магнетизм, а движущийся магнит производит электричество. Связь между этими явлениями была объяснена шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом в 19 веке и количественно выражена в его уравнениях. Электричество оказывает силу посредством притяжения или отталкивания заряженных частиц, тогда как магнитная сила возникает из-за притяжения или отталкивания, вызванного магнитными полюсами.
Сильная сила- Поскольку все протоны заряжены положительно, они отталкиваются друг от друга, и они не смогли бы образовать атомное ядро, если бы не существовало сильной силы, удерживающей их вместе. Сильная сила - самая мощная сила в природе. Он также связывает кварки вместе с образованием протонов и нейтронов.
Слабая сила- Слабое взаимодействие - еще одна фундаментальная ядерная сила. Он сильнее гравитации, но работает только на бесконечно малых расстояниях. Слабое взаимодействие, переносимое субатомными пучками энергии, называемыми бозонами, заставляет протоны превращаться в нейтроны и наоборот во время ядерного распада. Без этой силы ядерный синтез был бы невозможен, а звезды, такие как Солнце, не существовали бы.