ความสัมพันธ์ระหว่างมวลแรงและความเร่งคืออะไร?

ในช่วงปลายทศวรรษ 1600 Sir Isaac Newton ได้ตีพิมพ์ "Principia Mathematica" ซึ่งเป็นหนังสือที่เชื่อมโยงโลกของคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ ในบรรดาแนวคิดที่สำคัญอื่นๆ เขาอธิบายกฎข้อที่สองของการเคลื่อนที่ นั่นคือ แรงเท่ากับมวลคูณความเร่งหรือ f = ma แม้ว่าจะดูเรียบง่ายในแวบแรก แต่กฎหมายก็มีนัยสำคัญหลายประการ รวมถึงวิธีที่วัตถุเคลื่อนที่บนโลกและในอวกาศ กฎหมายพื้นฐานเช่นนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบธรรมชาติได้อย่างแม่นยำ และวิศวกรสร้างเครื่องจักรที่ใช้งานได้จริง

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

แรงเท่ากับมวลคูณความเร่งหรือ f = ma

แรงคือปริมาณทางกายภาพที่คุณเผชิญในชีวิตประจำวัน ต้องใช้กำลังในการเปิดประตู ยกเด็ก หรือตอกไข่ เป็นการดึงหรือผลักที่กระทำโดยวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง วัตถุสามารถเป็นอะไรก็ได้ตั้งแต่โปรตอนและอิเล็กตรอนไปจนถึงดาวเคราะห์และกาแลคซี่ การดึงหรือผลักอาจมาจากการสัมผัสโดยตรง หรือในกรณีของแรงโน้มถ่วง ไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กจากระยะไกล นักวิทยาศาสตร์วัดแรงในหน่วยที่เรียกว่านิวตัน โดยที่หนึ่งนิวตันคือแรงที่จำเป็นในการเร่งมวล 1 กิโลกรัมให้เร็วขึ้นหนึ่งเมตรต่อวินาทียกกำลังสอง

เมื่อลูกฮ็อกกี้สไลด์ข้ามน้ำแข็ง มันจะทำความเร็วคงที่พอสมควรจนกระทั่งถึงเป้าหมายหรือไม้ของผู้เล่น แม้ว่ามันจะเคลื่อนที่ แต่ก็ไม่เร่ง อัตราเร่งมาจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วเท่านั้น เมื่อวัตถุมีความเร็ว ความเร่งจะเป็นบวก เมื่อสูญเสียความเร็ว ความเร่งจะเป็นลบ คุณวัดความเร็วเป็นหน่วยของระยะทางหารด้วยเวลา เช่น ไมล์ต่อชั่วโมงหรือเมตรต่อวินาที ความเร่งคือการเปลี่ยนแปลงของความเร็วหารด้วยเวลาที่ความเร็วใช้ในการเปลี่ยน ดังนั้นมันจึงเป็นเมตรต่อวินาทีต่อวินาที หรือ เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง

มวลของวัตถุเป็นตัววัดว่ามีสสารอยู่เท่าใด ลูกยางมีมวลน้อยกว่าลูกตะกั่วที่มีขนาดเท่ากันเพราะมีสสารน้อยกว่า มีอะตอมและโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นอะตอมน้อยกว่า มวลยังต่อต้านความพยายามที่จะผลักหรือดึงมัน ลูกปิงปองหยิบและโยนได้ง่าย รถบรรทุกขยะไม่ได้ รถบรรทุกมีขนาดใหญ่กว่าลูกปิงปองหลายพันเท่า หน่วยมาตรฐานของมวลคือกิโลกรัม ประมาณ 2.2 ปอนด์

มวลเป็นปริมาณธรรมดา คุณสามารถมีมวลมาก มวลขนาดเล็ก และมวลระหว่างมวลได้ เกี่ยวกับมัน. นักวิทยาศาสตร์เรียกสเกลาร์ปริมาณอย่างง่ายเพราะตัวเลขหนึ่งตัวจะอธิบายมัน แรงและความเร่งนั้นซับซ้อนกว่า มีทั้งขนาดและทิศทาง ตัวอย่างเช่น นักพยากรณ์อากาศของทีวีพูดถึงลมที่พัดมาจากทิศตะวันตกที่ความเร็ว 20 ไมล์ต่อชั่วโมง นี่คือเวกเตอร์ความเร็ว (ความเร็ว) ของลม ในการอธิบายแรงหรือการเร่ง คุณต้องใช้ทั้งปริมาณและทิศทาง ตัวอย่างเช่น ในวันที่หิมะตก คุณลากเลื่อนของเด็กไปในทิศทางข้างหน้าด้วยแรง 50 นิวตัน และเร่งความเร็วไปในทิศทางเดียวกันที่ 0.5 เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง

กฎการเคลื่อนที่ข้อที่สองของนิวตันดูเรียบง่ายเพียงพอ: ผลักวัตถุที่มีมวลจำนวนหนึ่ง และวัตถุจะเร่งความเร็วตามปริมาณของแรงและมวล แรงขนาดเล็กที่มีมวลมากทำให้เกิดความเร่งช้า และแรงมากที่มีมวลน้อยทำให้เกิดความเร่งที่รวดเร็ว จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อไม่มีกำลัง? แรงที่เป็นศูนย์ต่อมวลใดๆ ให้ความเร่งเป็นศูนย์ หากวัตถุนั้นหยุดนิ่ง มันก็จะนิ่งอยู่ ถ้ามันเคลื่อนที่ มันจะเคลื่อนที่ต่อไปด้วยความเร็วและทิศทางเดียวกัน โปรดทราบว่ากองกำลังหลายอย่างสามารถมีส่วนร่วมได้ในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น คุณผูกเชือกรอบก้อนหินแล้วดึงออกสุดกำลัง มีแรงและมวล แต่ก้อนหินไม่ขยับ ดังนั้นความเร่งจึงเป็นศูนย์ แรงเสียดทานระหว่างก้อนหินกับพื้นจะยกเลิกแรงดึงของคุณ คุณต้องใช้แรงที่ใหญ่กว่ามาก เช่น จากรถแทรกเตอร์ เพื่อเคลื่อนย้ายก้อนหิน