I slutet av 1600-talet publicerade Sir Isaac Newton "Principia Mathematica", en bok som kopplade samman matten och fysiken. Bland andra viktiga idéer beskrev han den andra rörelselagen - att kraften är lika med mass gånger acceleration eller f = ma. Även om det ser enkelt ut vid första anblicken har lagen flera viktiga konsekvenser, inklusive hur objekt rör sig på jorden och i rymden. Grundläggande lagar som detta har gjort det möjligt för forskare att undersöka naturen korrekt och ingenjörer att bygga maskiner som fungerar.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Kraft är lika med mass gånger acceleration eller f = ma.
Betydelse av kraft
Kraft är en fysisk kvantitet du hanterar i vardagen. Det krävs kraft för att öppna en dörr, lyfta ett barn eller knäcka ett ägg. Det är ett drag eller tryck som utövas av ett objekt på ett annat; föremålen kan vara allt från protoner och elektroner hela vägen upp till planeter och galaxer. Dra eller tryck kan komma från direktkontakt eller, i fallet med tyngdkraft, elektricitet och magnetism, på avstånd. Forskare mäter kraft i enheter som kallas newton, där en newton är den kraft som behövs för att påskynda en 1 kilogram massa en meter per sekund i kvadrat.
Betydelsen av acceleration
När en hockeypuck glider över isen gör den det i ganska konstant hastighet tills den träffar målet eller en spelares pinne. Även om det rör sig accelererar det inte. Acceleration kommer bara från en hastighetsförändring. När ett objekt får fart är dess acceleration positiv; när hastigheten går förlorad är accelerationen negativ. Du mäter hastighet i avståndsenheter dividerat med tid, till exempel miles per timme eller meter per sekund. Acceleration är hastighetsförändringen dividerat med den tid det tar att ändra, så det är meter per sekund per sekund eller meter per sekund i kvadrat.
Betydelsen av Mass
Massan av ett objekt är ett mått på hur mycket materia det innehåller. En gummikula har mindre massa än en blykula av samma storlek eftersom den har mindre materia i sig, färre atomer och färre protoner, neutroner och elektroner som utgör atomerna. Massa motstår också ansträngningen att skjuta eller dra den; en pingisboll är lätt att plocka upp och kasta; en sopbil är inte. Lastbilen är massivare än bordtennisbollen många tusen gånger. Standardenheten för massa är kilo, cirka 2,2 pund.
Skalar och vektorer
Massa är en enkel typ av kvantitet. Du kan ha stora massor, små massor och däremellan massor. Det handlar om det. Forskare kallar enkla mängder skalar eftersom ett nummer kommer att beskriva det. Kraft och acceleration är dock mer komplicerat. De har både en storlek och en riktning. En TV-väderprognos berättar till exempel om en vind som kommer från väst med 20 mil i timmen. Detta är vindens hastighetsvektor (hastighet). För att fullständigt beskriva en kraft eller acceleration behöver du både mängden och riktningen. Till exempel, på en snöig dag drar du ett barns släde framåt med en kraft på 50 newton, och det accelererar i samma riktning med 0,5 meter per sekund i kvadrat.
Betydelse av kraft, massa och acceleration
Newtons andra rörelselag verkar tillräckligt enkel: Tryck på ett objekt med en viss massa, och det accelererar baserat på mängden kraft och massa. En liten kraft med stor massa resulterar i en långsam acceleration och en stor kraft med en liten massa ger en snabb acceleration. Vad händer när det inte finns någon kraft? En kraft på noll på vilken massa som helst ger nollacceleration. Om objektet står still förblir det stilla; om den rör sig fortsätter den att röra sig i samma hastighet och riktning. Tänk på att flera krafter kan vara involverade samtidigt. Till exempel knyter du ett rep runt en sten och drar med all din kraft. Det finns kraft och massa, men blocket springer inte, så accelerationen är noll. Friktionskraften mellan stenblocken och marken avlägsnar kraften i ditt drag. Du behöver en mycket större kraft, till exempel från en traktor, för att flytta stenblocken.