Voiman määritelmä fysiikassa

Voima on kvantitatiivinen kuvaus vuorovaikutuksesta, joka aiheuttaa muutoksen kohteen liikkeessä. Kohde voi nopeus ylöspäin, hidasta tai muuta suuntaa vastauksena voimaan. Toisin sanoen, voima on mitä tahansa toimintaa, jolla on taipumus ylläpitää tai muuttaa kehon liikettä tai vääristää sitä. Kohteita työntävät tai vetävät niitä käyttävät voimat.

Kosketusvoima määritellään voimana, joka kohdistuu, kun kaksi fyysistä esinettä on suorassa kosketuksessa toisiinsa. Muut voimat, kuten gravitaatio ja sähkömagneettiset voimat, voivat toimia itseään jopa avaruuden tyhjän tyhjiön yli.

Key Takeaways: Keskeiset ehdot

Voima on vektori; sillä on sekä suunta että suuruus. Voiman SI-yksikkö on newtoni (N). Yksi voiman newtoni on yhtä suuri kuin 1 kg * m / s2 (missä "*" -merkki tarkoittaa "kertaa").

Voima on verrannollinen kiihtyvyys, joka on määritelty nopeuden muutosnopeudeksi. Laskennallisesti termi on voiman johdannainen suhteessa aikaan.

Universumissa on kahta tyyppiä olevia voimia: kosketukselliset ja koskemattomat. Yhteysvoimat, kuten nimestä voi päätellä, tapahtuvat, kun esineet koskettavat toisiaan, kuten pallo potkaistaan: Yksi esine (jalkasi) koskettaa toista esinettä (pallo). Kosketuksettomat voimat ovat niitä, joissa esineet eivät kosketa toisiaan.

Kosketusvoimat voidaan luokitella kuuteen erityyppiin:

• jännitteellistä: kuten naru vedetään tiukasti
• Kevät: kuten voima, joka kohdistuu kun puristat jousen kahta päätä
• Normaali reaktio: jossa yksi vartalo antaa reagoinnin siihen kohdistuvaan voimaan, kuten palloon, joka kimpoaa mustalla päällä
• Kitka: voima, joka kohdistuu, kun esine liikkuu toisen yli, kuten pallo, joka rullaa mustan pinnan yli
• Ilma kitka: kitka, joka syntyy, kun esine, kuten pallo, liikkuu ilman läpi
• Paino: missä ruumiin vedetään kohti maan keskustaa painovoiman vuoksi

Kosketuksettomat voimat voidaan luokitella kolmeen tyyppiin:

• gravitaatio: mikä johtuu kahden kehon välisestä painovoima vetovoimasta
• Sähköiset: mikä johtuu kahdessa rungossa olevista sähkövarauksista
• Magneettinen: mikä tapahtuu kahden rungon magneettisten ominaisuuksien takia, kuten kahden magneettin vastakkaisten napojen vetäessä toisiinsa

Voiman käsitteen määritteli alun perin Sir Isaac Newton hänen kolme liikettä. Hän selitti painovoima houkuttelevana voimana hallussaan olevien elinten välillä massa. Kuitenkin painovoima sisällä Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ei vaadi voimaa.

Newtonin ensimmäinen liikelaki sanoo, että esine jatkaa liikkumista vakionopeudella, ellei siihen kohdistu ulkoista voimaa. Liikkuvat esineet pysyvät liikkeessä, kunnes voima vaikuttaa niihin. Tämä on hitaus. Ne eivät nopeuta, hidasta tai muuta suuntaa, ennen kuin jokin vaikuttaa heihin. Esimerkiksi, kun liu'at jääkiekko kiekkoa, se lopulta loppuu jäällä olevan kitkan takia.

Newtonin toinen liikelaki sanoo, että voima on suoraan verrannollinen kiihtyvyyteen (vauhdin muutosnopeus) vakiomassalle. Samaan aikaan kiihtyvyys on käänteisesti verrannollinen massaan. Esimerkiksi, kun heittää maahan heitetyn pallon, se kohdistaa alaspäin suuntautuvaa voimaa; maa, vastauksena, kohdistaa ylöspäin suuntautuvan voiman, joka aiheuttaa pallon palautumisen. Tämä laki on hyödyllinen voimien mittaamiseen. Jos tiedät kaksi tekijää, voit laskea kolmannen. Tiedät myös, että jos esine kiihtyy, siihen täytyy toimia voima.

Newtonin kolmas liikelaki liittyy kahden objektin vuorovaikutukseen. Sanotaan, että jokaisessa toiminnassa on sama ja päinvastainen reaktio. Kun voima kohdistetaan yhteen esineeseen, sillä on sama vaikutus esineeseen, joka tuotti voiman, mutta vastakkaiseen suuntaan. Esimerkiksi, jos hyppää pienestä veneestä veteen, veteen hyppäämällä käyttämäsi voima työntää myös veneen taaksepäin. Toiminta- ja reaktiovoimat tapahtuvat samanaikaisesti.

Siellä on neljä perusvoimaa jotka hallitsevat fyysisten järjestelmien vuorovaikutusta. Tutkijat jatkavat näiden voimien yhtenäistä teoriaa:

1. gravitaatio: voima, joka toimii joukkojen välillä. Kaikki hiukkaset kokevat painovoiman. Jos pidät palloa esimerkiksi ilmassa, maapallon massa antaa pallon pudota painovoiman vuoksi. Tai jos vauvan lintu indeksoi pesästään, maapallon painovoima vetää sen maahan. Vaikka gravitonia on ehdotettu painovoimaa välittäväksi hiukkaseksi, sitä ei ole vielä havaittu.

2. Sähkömagneettinen: voima, joka toimii sähkövarausten välillä. Välittävä hiukkanen on fotoni. Esimerkiksi kaiutin käyttää äänen leviämiseen sähkömagneettista voimaa, ja pankin oven lukitusjärjestelmä käyttää sähkömagneettisia voimia auttamaan holvin ovien sulkemista tiukasti. Lääketieteellisten laitteiden, kuten magneettisen resonanssin kuvantaminen, virtapiirit käyttävät sähkömagneettisia voimia, samoin kuin Japanin ja Kiinan magneettisen nopean kulun siirtojärjestelmät, joita kutsutaan magleviksi magneettiseksi levitaatioksi.

3. Vahva ydin: voima, joka pitää yhdessä atomin ytimen, jota toimivat gluonit välittävät kvarkkien, antiikkärit ja itse gluonit. (Gluoni on lähettihiukkas, joka sitoo kvarkeja protonien ja neutronien sisällä. Kvarkit ovat perustavanlaatuisia hiukkasia, jotka yhdistyvät protonien ja neutronien muodostamiseksi, kun taas antikvarkit ovat identtisiä massan kvarkkien kanssa, mutta ovat vastakkaiset sähköisissä ja magneettisissa ominaisuuksissa.)

4. Heikko ydin: voima, jota välitetään vaihtamalla W ja Z bosonit ja sitä nähdään ytimen neutronien beetahajoamisessa. (Boson on tyyppi hiukkasista, jotka noudattavat Bose-Einsteinin tilastojen sääntöjä.) Hyvin korkeissa lämpötiloissa heikko voima ja sähkömagneettinen voima ovat erottamattomat.