Definícia sily vo fyzike

Interakcia, ktorá spôsobí zmenu v pohybe objektu

KTSDESIGN/SCIENCE PHOTO LIBRARY/Getty Images

Sila je kvantitatívny popis interakcie, ktorá spôsobuje zmenu v pohybe objektu. Objekt môže rýchlosť nahor, spomaliť alebo zmeniť smer v reakcii na silu. Inými slovami, sila je akákoľvek činnosť, ktorá má tendenciu udržiavať alebo meniť pohyb telesa alebo ho deformovať. Predmety sú tlačené alebo ťahané silami, ktoré na ne pôsobia.

Kontaktná sila je definovaná ako sila, ktorá pôsobí, keď sa dva fyzické objekty dostanú do priameho vzájomného kontaktu. Iné sily, ako je gravitácia a elektromagnetické sily, môžu pôsobiť aj cez prázdne vákuum vesmíru.

Kľúčové poznatky: Kľúčové pojmy

Sila:Popis interakcie, ktorá spôsobuje zmenu v pohybe objektu. Môže byť reprezentovaný aj symbolom F. Newton:Jednotka sily v rámci medzinárodného systému jednotiek (SI). Môže byť reprezentovaný aj symbolom N. Kontaktné sily:Sily, ktoré vznikajú, keď sa predmety navzájom dotýkajú. Kontaktné sily možno klasifikovať podľa šiestich typov: ťahové, pružinové, normálne reakcie, trenie, trenie vzduchu a hmotnosť.Bezkontaktné sily:Sily, ktoré vznikajú, keď sa dva predmety nedotýkajú. Tieto sily možno klasifikovať podľa troch typov: gravitačné, elektrické a magnetické.

Jednotky sily

Sila je a vektor ; má smer aj veľkosť. Jednotkou SI pre silu je newton (N). Jeden newton sily sa rovná 1 kg * m/s2 (kde symbol „*“ znamená „krát“).

Sila je úmerná zrýchlenie , ktorá je definovaná ako rýchlosť zmeny rýchlosti. Z hľadiska počtu je sila deriváciou hybnosti vzhľadom na čas.

Kontaktná verzus nekontaktná sila

Vo vesmíre existujú dva typy síl: kontaktné a bezkontaktné. Kontaktné sily, ako už názov napovedá, vznikajú, keď sa predmety navzájom dotýkajú, ako napríklad kopnutie do lopty: Jeden predmet (vaša noha) sa dotkne druhého predmetu (lopty). Bezkontaktné sily sú tie, pri ktorých sa predmety navzájom nedotýkajú.

Kontaktné sily možno klasifikovať podľa šiestich rôznych typov:

napínacie:ako je utiahnutie šnúrkyJar:ako je sila vynaložená pri stlačení dvoch koncov pružinyNormálna reakcia:kde jedno teleso reaguje na silu, ktorá naň pôsobí, ako je napríklad loptička poskakujúca po povrchuTrenie:sila, ktorá pôsobí, keď sa objekt pohybuje cez iný objekt, ako je napríklad guľa, ktorá sa valí cez povrchVzduchové trenie:trenie, ku ktorému dochádza, keď sa predmet, ako napríklad lopta, pohybuje vzduchomHmotnosť:kde je teleso v dôsledku gravitácie ťahané smerom k stredu Zeme

Bezkontaktné sily možno rozdeliť do troch typov:

Gravitačné:čo je spôsobené gravitačnou príťažlivosťou medzi dvoma telesamiElektrické:čo je spôsobené elektrickým nábojom prítomným v dvoch telesáchMagnetické:ku ktorému dochádza v dôsledku magnetických vlastností dvoch telies, ako sú opačné póly dvoch magnetov, ktoré sa navzájom priťahujú

Sila a Newtonove pohybové zákony

Pojem sily bol pôvodne definovaný o Sir Isaac Newton v jeho tri zákony pohybu . vysvetlil gravitácia ako príťažlivá sila medzi telesami, ktoré vlastnili omša . Avšak gravitácia vo vnútri Einsteinova všeobecná relativita nevyžaduje silu.

Newtonov prvý pohybový zákon hovorí, že objekt sa bude naďalej pohybovať konštantnou rýchlosťou, pokiaľ naň nebude pôsobiť vonkajšia sila. Objekty v pohybe zostávajú v pohybe, kým na ne nepôsobí sila. Toto je zotrvačnosť. Nezrýchlia, nespomalia ani nezmenia smer, kým na nich niečo nezasiahne. Ak napríklad posuniete hokejový puk, nakoniec sa zastaví kvôli treniu o ľad.

Druhý Newtonov pohybový zákon hovorí, že sila je priamo úmerná zrýchleniu (rýchlosti zmeny hybnosti) pre konštantnú hmotnosť. Medzitým je zrýchlenie nepriamo úmerné hmotnosti. Napríklad, keď hodíte loptičku hodenú na zem, tá pôsobí silou smerom nadol; zem v reakcii na to vyvíja silu smerujúcu nahor, ktorá spôsobuje odraz lopty. Tento zákon je užitočný na meranie síl. Ak poznáte dva z faktorov, môžete vypočítať tretí. Tiež viete, že ak sa objekt zrýchľuje, musí naň pôsobiť sila.

Tretí Newtonov pohybový zákon sa týka interakcií medzi dvoma objektmi. Hovorí, že na každú akciu existuje rovnaká a opačná reakcia. Keď sila pôsobí na jeden objekt, má rovnaký účinok na objekt, ktorý sila vytvoril, ale v opačnom smere. Ak napríklad skočíte z malého člna do vody, sila, ktorú použijete na skok dopredu do vody, zatlačí aj čln dozadu. Akčné a reakčné sily prebiehajú súčasne.

Základné sily

Existujú štyri základné sily ktoré riadia interakcie fyzikálnych systémov. Vedci naďalej sledujú jednotnú teóriu týchto síl:

1. Gravitácia: sila, ktorá pôsobí medzi hmotami. Všetky častice zažívajú gravitačnú silu. Ak napríklad držíte loptu vo vzduchu, hmotnosť Zeme umožňuje, aby loptička spadla v dôsledku gravitačnej sily. Alebo ak vtáčie mláďa vylezie z hniezda, gravitácia Zeme ho stiahne k zemi. Aj keď bol gravitón navrhnutý ako častica sprostredkujúca gravitáciu, ešte nebol pozorovaný.

2. Elektromagnetické: sila, ktorá pôsobí medzi elektrickými nábojmi. Sprostredkujúca častica je fotón. Napríklad reproduktor využíva elektromagnetickú silu na šírenie zvuku a bankový uzamykací systém používa elektromagnetické sily, ktoré pomáhajú tesne uzavrieť dvere trezoru. Silové obvody v lekárskych prístrojoch, ako je zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie, využívajú elektromagnetické sily, rovnako ako magnetické systémy rýchleho tranzitu v Japonsku a Číne – nazývané „maglev“ pre magnetickú levitáciu.

3. Silné jadrové: sila, ktorá drží jadro atómu pohromade, sprostredkovaná gluónmi pôsobiacimi na kvarky , antikvarky a samotné gluóny. (Gluón je posolská častica, ktorá viaže kvarky v protónoch a neutrónoch. Kvarky sú základné častice, ktoré sa spájajú a vytvárajú protóny a neutróny, zatiaľ čo antikvarky sú identické s kvarkami čo do hmotnosti, ale majú opačné elektrické a magnetické vlastnosti.)

Štyri. Slabé jadrové : sila, ktorá je sprostredkovaná výmenou W a Z bozóny a je vidieť v beta rozpade neutrónov v jadre. (Bozón je typ častice, ktorá sa riadi pravidlami Bose-Einsteinovej štatistiky.) Pri veľmi vysokých teplotách je slabá sila a elektromagnetická sila nerozoznateľná.