Spēka definīcija fizikā

Mijiedarbība, kas izraisa izmaiņas objekta kustībā

KTSDESIGN/SCIENCE FOTO BIBLIOTĒKA/Getty Images

Spēks ir tādas mijiedarbības kvantitatīvais apraksts, kas izraisa izmaiņas objekta kustībā. Objekts var ātrumu uz augšu, palēnināt vai mainīt virzienu, reaģējot uz spēku. Citiem vārdiem sakot, spēks ir jebkura darbība, kas tiecas saglabāt vai mainīt ķermeņa kustību vai izkropļot to. Objektus stumj vai velk spēki, kas uz tiem iedarbojas.

Kontaktspēks ir definēts kā spēks, kas iedarbojas, kad divi fiziski objekti nonāk tiešā saskarē viens ar otru. Citi spēki, piemēram, gravitācija un elektromagnētiskie spēki, var iedarboties pat tukšā kosmosa vakuumā.

Galvenās atziņas: galvenie noteikumi

Spēks:Mijiedarbības apraksts, kas izraisa izmaiņas objekta kustībā. To var attēlot arī ar simbolu F. Ņūtons:Spēka vienība starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI). To var attēlot arī ar simbolu N. Kontaktspēki:Spēki, kas rodas, kad objekti pieskaras viens otram. Saskares spēkus var klasificēt pēc sešiem veidiem: stiepes, atsperes, parastās reakcijas, berzes, gaisa berzes un svara.Bezkontakta spēki:Spēki, kas rodas, kad divi objekti nesaskaras. Šos spēkus var iedalīt trīs veidos: gravitācijas, elektrisko un magnētisko.

Spēka vienības

Spēks ir a vektors ; tai ir gan virziens, gan apjoms. Spēka SI mērvienība ir ņūtons (N). Viens spēka ņūtons ir vienāds ar 1 kg * m/s2 (kur simbols “*” apzīmē “reizes”).

Spēks ir proporcionāls paātrinājums , ko definē kā ātruma izmaiņu ātrumu. Aprēķinu izteiksmē spēks ir impulsa atvasinājums attiecībā pret laiku.

Kontakts pret bezkontakta spēku

Visumā ir divu veidu spēki: kontakta un bezkontakta. Kontaktspēki, kā norāda nosaukums, notiek, kad objekti pieskaras viens otram, piemēram, sperot bumbu: Viens objekts (jūsu kāja) pieskaras otram objektam (bumbai). Bezkontakta spēki ir tie, kur objekti nepieskaras viens otram.

Kontaktspēkus var klasificēt pēc sešiem dažādiem veidiem:

spriedze:piemēram, aukla tiek pievilkta ciešiPavasaris:piemēram, spēks, kas iedarbojas, saspiežot divus atsperes galusNormāla reakcija:kur viens ķermenis reaģē uz uz to iedarbinātu spēku, piemēram, bumbiņu, kas atsitās uz melnas virsmasBerze:spēks, kas iedarbojas, kad priekšmets pārvietojas pāri citam, piemēram, bumba, kas ripo pāri melnajai virsmaiGaisa berze:berze, kas rodas, kad priekšmets, piemēram, bumba, pārvietojas pa gaisuSvars:kur ķermenis gravitācijas ietekmē tiek vilkts uz Zemes centru

Bezkontakta spēkus var iedalīt trīs veidos:

Gravitācijas:kas ir saistīts ar gravitācijas pievilcību starp diviem ķermeņiemElektriskie:kas rodas divos ķermeņos esošo elektrisko lādiņu dēļMagnētiskais:kas rodas divu ķermeņu magnētisko īpašību dēļ, piemēram, divu magnētu pretējie poli tiek pievilkti viens otram

Spēka un Ņūtona kustības likumi

Spēka jēdzienu sākotnēji definēja Sers Īzaks Ņūtons viņa trīs kustības likumi . Viņš paskaidroja smagums kā pievilcīgs spēks starp ķermeņiem, kuriem piederēja masa . Tomēr gravitācija iekšā Einšteina vispārējā relativitāte neprasa spēku.

Ņūtona pirmais kustības likums saka, ka objekts turpinās kustēties ar nemainīgu ātrumu, ja vien uz to neiedarbosies ārējs spēks. Kustīgie objekti paliek kustībā, līdz uz tiem iedarbojas spēks. Tā ir inerce. Viņi nepaātrinās, nepalēninās un nemainīs virzienu, kamēr kaut kas uz tiem neiedarbosies. Piemēram, ja jūs slidināt hokeja ripu, tā galu galā apstāsies ledus berzes dēļ.

Ņūtona otrais kustības likums saka, ka spēks ir tieši proporcionāls paātrinājumam (impulsa maiņas ātrumam) nemainīgai masai. Tikmēr paātrinājums ir apgriezti proporcionāls masai. Piemēram, kad jūs metat uz zemes izmestu bumbu, tā iedarbojas uz leju; zeme, reaģējot uz augšu, iedarbojas uz augšu, izraisot bumbiņas atsitienu. Šis likums ir noderīgs spēku mērīšanai. Ja zināt divus faktorus, varat aprēķināt trešo. Jūs arī zināt, ka, ja objekts paātrinās, uz to ir jāiedarbojas spēkam.

Ņūtona trešais kustības likums attiecas uz mijiedarbību starp diviem objektiem. Tas saka, ka katrai darbībai ir vienāda un pretēja reakcija. Kad spēks tiek pielikts vienam objektam, tam ir tāda pati ietekme uz objektu, kas radīja spēku, bet pretējā virzienā. Piemēram, ja jūs lecat no mazas laivas ūdenī, spēks, ko izmantojat, lai lektu uz priekšu ūdenī, arī spiedīs laivu atpakaļ. Darbības un reakcijas spēki notiek vienlaikus.

Fundamentālie spēki

Tur ir četri pamatspēki kas regulē fizisko sistēmu mijiedarbību. Zinātnieki turpina īstenot vienotu šo spēku teoriju:

1. Gravitācija: spēks, kas darbojas starp masām. Visas daļiņas piedzīvo gravitācijas spēku. Ja, piemēram, turat bumbu gaisā, Zemes masa ļauj tai nokrist gravitācijas spēka ietekmē. Vai arī, ja putna mazulis izrāpjas no savas ligzdas, Zemes gravitācija to novilks zemē. Lai gan gravitons ir ierosināts kā gravitācijas starpnieks, tas vēl nav novērots.

2. Elektromagnētiskie: spēks, kas darbojas starp elektriskajiem lādiņiem. Starpnieka daļiņa ir fotons. Piemēram, skaļrunis izmanto elektromagnētisko spēku, lai izplatītu skaņu, un bankas durvju bloķēšanas sistēma izmanto elektromagnētiskos spēkus, lai palīdzētu cieši aizvērt velvju durvis. Strāvas ķēdes medicīnas instrumentos, piemēram, magnētiskās rezonanses attēlveidošana, izmanto elektromagnētiskos spēkus, tāpat kā magnētiskās ātrās tranzīta sistēmas Japānā un Ķīnā, ko sauc par 'maglev' magnētiskajai levitācijai.

3. Spēcīga kodolenerģija: spēks, kas satur atoma kodolu kopā, ko veicina gluoni, kas iedarbojas uz kvarki , antikvarki un paši gluoni. (Gluons ir vēstnesis daļiņa, kas saista kvarkus protonos un neitronos. Kvarki ir fundamentālas daļiņas, kas apvienojas, veidojot protonus un neitronus, savukārt antikvarki pēc masas ir identiski kvarkiem, bet pretēji elektriskajām un magnētiskajām īpašībām.)

Četri. Vājš kodols : spēks, ko nodrošina W un Z apmaiņa bozoni un ir redzams neitronu beta sabrukšanas gadījumā kodolā. (Bozons ir daļiņu veids, kas pakļaujas Bozes-Einšteina statistikas noteikumiem.) Ļoti augstā temperatūrā vājais spēks un elektromagnētiskais spēks nav atšķirami.