แรงไม่สมดุลคืออะไร?

ตามกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน แรงที่ไม่สมดุลคือสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ใช้แรง วัตถุที่อยู่นิ่งหรือวัตถุที่เคลื่อนที่คงที่จะยังคงอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ไม่เปลี่ยนแปลง เว้นแต่จะได้รับแรงที่ไม่สมดุล ในกรณีนั้น วัตถุจะเร่งความเร็วในทิศทางของแรงตามสมการ: แรงเท่ากับมวลคูณความเร่ง แรงที่ไม่สมดุลจะเร่งความเร็ววัตถุต่อไปจนกว่าจะมีแรงต้านใหม่ก่อตัวขึ้นและสร้างสมดุลของแรงใหม่ วัตถุที่เร่งแล้วจะรักษาความเร็วคงที่ และแรงที่ไม่สมดุลก่อนหน้านี้จะสมดุลด้วยแรงใหม่

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

แรงที่ไม่สมดุลคือแรงที่เปลี่ยนตำแหน่ง ความเร็ว หรือทิศทางของวัตถุที่จะนำไปใช้ แรงที่ไม่สมดุลจะเร่งความเร็วของวัตถุด้วยความเร่งแปรผันตรงกับขนาดของแรงและเป็นสัดส่วนผกผันกับมวลของวัตถุ

ในสถานการณ์คงที่ แรงทั้งหมดจะสมดุลกับวัตถุทั้งหมดไม่ว่าจะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่กำหนดด้วยความเร็วคงที่ หากกำลังหนึ่งเริ่มเพิ่มขึ้นหรือมีการเพิ่มกำลังใหม่ สถานการณ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ขึ้นอยู่กับความแข็งแกร่งของกำลังที่เพิ่มขึ้นหรือกำลังใหม่ ถ้าแรงที่เพิ่มขึ้นหรือแรงใหม่อ่อน แรงสมดุลใหม่ก็จะถูกสร้างขึ้นและไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลง หากแรงที่เพิ่มขึ้นหรือแรงใหม่รุนแรงเกินไปสำหรับความสมดุลของแรงที่มีอยู่ วัตถุจะเร่ง เคลื่อนที่ และเปลี่ยนตำแหน่งหรือความเร็ว สถานการณ์จะเปลี่ยนแปลงไปเรื่อย ๆ จนกว่าจะบรรลุความสมดุลของกองกำลังใหม่

ตัวอย่างเช่น รถที่หมุนเป็นกลางบนทางหลวงที่ตรงและเรียบนั้นอยู่ภายใต้แรงที่สมดุลและไม่สมดุลหลายประการ น้ำหนักของรถที่ผลักลงนั้นสมดุลกันโดยแรงของทางเท้าที่ผลักขึ้น รถจึงไม่เร่งขึ้นหรือลง ความเสียดทานของยางที่กลิ้งบนทางเท้าและแรงต้านของอากาศคือแรงที่ไม่สมดุลสองแรงที่ทำหน้าที่เร่งความเร็วรถ ความเฉื่อยของรถทำให้รถหมุนต่อไป แต่แรงที่ไม่สมดุลทั้งสองทำให้ช้าลงจนหยุด เมื่อรถหยุด แรงทั้งหมดจะสมดุลอีกครั้ง และไม่มีการเร่งความเร็วใหม่เว้นแต่ คนขับสตาร์ทรถแล้วขับออกไป เพิ่มแรงที่ไม่สมดุลใหม่ซึ่งเอาชนะสองอันก่อนหน้านี้ กองกำลัง.

แรงทั่วไปที่มักไม่สมดุล ได้แก่ แรงโน้มถ่วงและแรงที่ใช้ เมื่อแรงเหล่านี้ไม่สมดุล วัตถุจะเร่งความเร็ว เปลี่ยนตำแหน่งและค้นหาการกำหนดค่าใหม่เพื่อให้กองกำลังทั้งหมดกลับมาสมดุลอีกครั้ง

น้ำหนักของวัตถุคือแรงที่แรงโน้มถ่วงกระทำต่อวัตถุนั้น ถ้าแอปเปิ้ลห้อยอยู่บนต้นไม้ แรงโน้มถ่วงลงจะสมดุลโดยแรงขึ้นของก้านแอปเปิ้ลที่ติดอยู่กับกิ่งไม้ เมื่อแอปเปิ้ลสุกลำต้นจะแยกออกจากกัน ในขณะนั้นแรงขึ้นจะกลายเป็นศูนย์และมีแรงโน้มถ่วงลงที่ไม่สมดุล แอปเปิ้ลตก เมื่อมันกระทบพื้น โลกจะให้แรงขึ้นใหม่เท่ากับแรงโน้มถ่วง และสถานการณ์จะสมดุลอีกครั้ง

แรงที่ใช้มีความสำคัญเนื่องจากใช้ในการเคลื่อนย้ายวัตถุตามวัตถุประสงค์เฉพาะ ตัวอย่างเช่น เมื่อต้องการย้ายโต๊ะในห้องอาหารไปอีกด้านหนึ่งของห้องกับผนัง บุคคลหนึ่งคนหรือมากกว่านั้นออกแรงโดยการผลักโต๊ะนั้น ก่อนที่พลังใหม่จะถูกนำมาใช้

ตอนแรกคนอาจจะไม่ได้ดันหนักมาก และโต๊ะก็ไม่ขยับ จากนั้นผู้คนก็ดันโต๊ะและเท้าของพวกเขาดันพื้นด้วยแรงเสียดทาน ในทำนองเดียวกันโต๊ะดันกลับด้วยแรงเท่ากันเนื่องจากการเสียดสีของขาบนพื้น ในที่สุดผู้คนก็ดันหนักพอที่จะสร้างแรงที่ไม่สมดุลเพื่อเอาชนะการเสียดสีของโต๊ะ และโต๊ะเร่งให้เลื่อนข้ามพื้น เมื่อประชาชนผลักมันเข้ากับกำแพง ก็เกิดความสมดุลของกองกำลังและสถานการณ์ใหม่ที่มีเสถียรภาพ ในกรณีทั้งหมดเหล่านี้ แรงที่ไม่สมดุลทำให้เกิดการจัดเรียงวัตถุใหม่ให้อยู่ในสถานการณ์ใหม่ที่สมดุล