Определение силы в физике

Сила - это количественное описание взаимодействия, которое вызывает изменение в движении объекта. Объект может скорость вверх, замедление или изменение направления в ответ на усилие. Иными словами, сила - это любое действие, которое стремится поддерживать или изменять движение тела или искажать его. Объекты выталкиваются или вытягиваются силами, действующими на них.

Контактная сила определяется как сила, действующая, когда два физических объекта вступают в непосредственный контакт друг с другом. Другие силы, такие как гравитация и электромагнитные силы, могут действовать даже через пустой вакуум пространства.

Ключевые выводы: ключевые условия

Сила это вектор; оно имеет как направление, так и величину. Единицей СИ для силы является ньютон (N). Один ньютон силы равен 1 кг * м / с2 (где символ «*» означает «раз»).

Сила пропорциональна ускорение, который определяется как скорость изменения скорости. В терминах исчисления сила является производной импульса по времени.

Во вселенной существует два типа сил: контактные и бесконтактные. Контактные силы, как следует из названия, имеют место, когда объекты касаются друг друга, например, ударяя мяч: один объект (ваша нога) касается другого объекта (мяч). Бесконтактные силы - это те, где объекты не касаются друг друга.

Контактные силы могут быть классифицированы по шести различным типам:

• растягивающие: такие как натянутая нить
• Весна: например, сила, действующая при сжатии двух концов пружины
• Нормальная реакция: где одно тело обеспечивает реакцию на силу, действующую на него, например, мяч подпрыгивает на асфальте
• Трение: сила, действующая, когда объект перемещается через другой, такой как шар, катящийся по асфальту
• Воздушное трение: трение, которое возникает, когда объект, такой как шар, движется в воздухе
• Вес: где тело притягивается к центру Земли из-за гравитации

Бесконтактные силы можно классифицировать по трем типам:

• Гравитационное: что связано с гравитационным притяжением между двумя телами
• Электрические: что связано с электрическими зарядами, присутствующими в двух телах
• магнитно: что происходит из-за магнитных свойств двух тел, таких как противоположные полюса двух магнитов притягиваются друг к другу

Концепция силы была первоначально определена Сэр Исаак Ньютон в его три закона движения. Он объяснил сила тяжести как сила притяжения между телами, которые обладали масса. Тем не менее, гравитация внутри Общая теория относительности Эйнштейна не требует силы

Первый закон движения Ньютона говорит, что объект будет продолжать двигаться с постоянной скоростью, если на него не воздействует внешняя сила. Движущиеся объекты остаются в движении, пока на них не действует сила. Это инерция. Они не будут ускоряться, замедляться или менять направление, пока что-то не повлияет на них. Например, если вы сдвинете хоккейную шайбу, она в конечном итоге остановится из-за трения на льду.

Второй закон движения Ньютона говорит, что сила прямо пропорциональна ускорению (скорости изменения импульса) для постоянной массы. Между тем ускорение обратно пропорционально массе. Например, когда вы бросаете мяч, брошенный на землю, он оказывает нисходящее усилие; земля, в ответ, оказывает восходящую силу, заставляющую шар подпрыгивать. Этот закон полезен для измерения сил. Если вы знаете два фактора, вы можете рассчитать третий. Вы также знаете, что если объект ускоряется, на него должна действовать сила.

Третий закон движения Ньютона относится к взаимодействиям между двумя объектами. Это говорит о том, что на каждое действие существует равная и противоположная реакция. Когда сила применяется к одному объекту, она оказывает такое же влияние на объект, который произвел силу, но в противоположном направлении. Например, если вы спрыгните с маленькой лодки в воду, сила, которую вы используете, чтобы прыгнуть вперед в воду, также будет толкать лодку назад. Силы действия и реакции происходят одновременно.

Есть четыре фундаментальные силы которые управляют взаимодействиями физических систем. Ученые продолжают придерживаться единой теории этих сил:

1. Гравитация: сила, которая действует между массами. Все частицы испытывают силу тяжести. Например, если вы удерживаете шар в воздухе, масса Земли позволяет шарику падать под действием силы тяжести. Или если птенец выползет из своего гнезда, гравитация с Земли притянет его к земле. Хотя гравитон был предложен в качестве частицы, опосредующей гравитацию, он еще не наблюдался.

2. Электромагнитное: сила, которая действует между электрическими зарядами. Посреднической частицей является фотон. Например, громкоговоритель использует электромагнитную силу для распространения звука, а система блокировки дверей банка использует электромагнитные силы, чтобы помочь плотно закрыть двери хранилища. Силовые цепи в медицинских инструментах, таких как магнитно-резонансная томография, используют электромагнитные силы, как и системы быстрого транзита в Японии и Китае, называемые "маглев" для магнитной левитации.

3. Сильный ядерный сила, которая удерживает ядро ​​атома вместе, опосредованная глюонами, действующими на кваркиантикварки и сами глюоны. (Глюон - это мессенджер, который связывает кварки в протонах и нейтронах. Кварки - это фундаментальные частицы, которые объединяются в протоны и нейтроны, тогда как антикварки идентичны кваркам по массе, но противоположны по электрическим и магнитным свойствам.)

4. Слабое ядерное: сила, которая опосредуется обменом W и Z бозонов и видно в бета-распаде нейтронов в ядре. (Бозон - это тип частиц, который подчиняется правилам статистики Бозе-Эйнштейна.) При очень высоких температурах слабая сила и электромагнитная сила неразличимы.