Взаимодействие, вызывающее изменение в движении объекта
Сила - это количественное описание взаимодействия, которое вызывает изменение в движении объекта. Объект может ускоряться , замедляться или менять направление в зависимости от силы. 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.
Краткая информация
- Сила: описание взаимодействия, которое вызывает изменение в движении объекта. Он также может быть представлен символом F.
- Ньютон: единица силы в Международной системе единиц (СИ). Он также может быть представлен символом N.
- Контактные силы: силы, которые возникают, когда объекты касаются друг друга. Контактные силы могут быть классифицированы по шести типам: растяжение, пружина, нормальная реакция, трение, воздушное трение и вес.
- Бесконтактные силы: силы, возникающие , когда два объекта не соприкасаются. Эти силы могут быть классифицированы по трем типам: гравитационные, электрические и магнитные.
Единицы Силы
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 ускорению , которое определяется как скорость изменения скорости. В терминах исчисления сила является производной импульса по времени.
Контакт против Бесконтактной Силы
Во вселенной существует два типа сил: контактные и бесконтактные. Контактные силы, как следует из названия, имеют место, когда объекты касаются друг друга, например, ударяя по мячу: один объект (ваша нога) касается другого объекта (шара). Бесконтактные силы - это те, где объекты не касаются друг друга.
Контактные силы могут быть классифицированы по шести различным типам:
- Напряженный: такой как натянутая нить
- Пружина: например, сила, действующая при сжатии двух концов пружины
- Нормальная реакция: когда одно тело реагирует на силу, действующую на него, например на мяч, подпрыгивающий 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 силы тяжести
Бесконтактные силы можно классифицировать по трем типам:
- Гравитация: которая обусловлена гравитационным притяжением между двумя телами
- Электрические: из-за электрических зарядов, присутствующих в двух телах
- Магнитный: происходит из-за магнитных свойств двух тел, таких как противоположные полюса двух магнитов, притягивающиеся друг к другу
Силы и законы Ньютона
Понятие силы было первоначально определено Исааком Ньютоном в его трех законах движения . Он объяснил гравитацию как силу притяжения между телами, которые обладали массой . Однако гравитация в общей теории относительности Эйнштейна не требует силы.
Первый закон движения Ньютона гласит, 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 гласит, 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, прикладывает 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 оттолкнет лодку назад. Силы действия и реакции происходят одновременно.
Фундаментальные силы
Есть четыре фундаментальные силы, которые управляют взаимодействиями физических систем. Ученые продолжают придерживаться единой теории этих сил:
1. Гравитация: сила, действующая 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. Электромагнитный: 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. Сильное ядро : сила, которая удерживает ядро атома вместе, опосредованное глюонами, действующими на кварки , антикварки и сами глюоны. (Глюон - это мессенджер, который связывает кварки в протонах и нейтронах. Кварки - это фундаментальные частицы, которые объединяются в протоны и нейтроны, в то время как антикварки идентичны кваркам по массе, но противоположны по электрическим и магнитным свойствам.)
4. Слабое ядро : сила, которая опосредуется обменом W- и Z- бозонов и проявляется 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.