Jėgos apibrėžimas fizikoje

Sąveika, dėl kurios keičiasi objekto judėjimas

KTSDESIGN / MOKSLO NUOTRAUKŲ biblioteka / Getty Images

Jėga yra kiekybinis sąveikos, sukeliančios objekto judėjimo pasikeitimą, aprašymas. Objektas gali greitis didinti, sulėtinti arba pakeisti kryptį, reaguodama į jėgą. Kitaip tariant, jėga yra bet koks veiksmas, linkęs išlaikyti ar pakeisti kūno judėjimą arba jį iškraipyti. Daiktus stumia arba traukia juos veikiančios jėgos.

Kontaktinė jėga apibrėžiama kaip jėga, veikianti, kai du fiziniai objektai tiesiogiai liečiasi vienas su kitu. Kitos jėgos, tokios kaip gravitacija ir elektromagnetinės jėgos, gali veikti net per tuščią erdvės vakuumą.

Pagrindiniai pasiūlymai: pagrindinės sąlygos

Jėga:Sąveikos, sukeliančios objekto judėjimo pasikeitimą, aprašymas. Jį taip pat galima pavaizduoti simboliu F. Niutonas:Jėgos vienetas tarptautinėje vienetų sistemoje (SI). Jį taip pat galima pavaizduoti simboliu N. Kontaktinės jėgos:Jėgos, atsirandančios, kai objektai liečiasi vienas su kitu. Kontaktines jėgas galima suskirstyti į šešis tipus: tempimo, spyruoklinės, normalios reakcijos, trinties, oro trinties ir svorio.Nekontaktinės jėgos:Jėgos, atsirandančios, kai du objektai nesiliečia. Šios jėgos gali būti suskirstytos į tris tipus: gravitacinės, elektrinės ir magnetinės.

Jėgos vienetai

Jėga yra a vektorius ; ji turi ir kryptį, ir dydį. Jėgos SI vienetas yra niutonas (N). Vienas jėgos niutonas yra lygus 1 kg * m/s2 (kur „*“ simbolis reiškia „laikus“).

Jėga proporcinga pagreitis , kuris apibrėžiamas kaip greičio kitimo greitis. Skaičiavimo terminais, jėga yra impulso išvestinė laiko atžvilgiu.

Kontaktas prieš nekontaktinę jėgą

Visatoje yra dviejų tipų jėgos: kontaktinės ir nekontaktinės. Kontaktinės jėgos, kaip rodo pavadinimas, atsiranda, kai objektai liečiasi vienas su kitu, pavyzdžiui, spardo kamuolį: Vienas objektas (jūsų koja) paliečia kitą objektą (rutulį). Nekontaktinės jėgos yra tokios, kai objektai neliečia vienas kito.

Kontaktines jėgas galima suskirstyti į šešis skirtingus tipus:

įtemptas:pavyzdžiui, įtempta stygaPavasaris:pvz., jėga, veikianti suspaudžiant du spyruoklės galusNormali reakcija:kai vienas kūnas reaguoja į jį veikiančią jėgą, pvz., rutulys atsimuša į juodą dangąTrintis:jėga, veikiama objektui judant per kitą objektą, pvz., rutulio riedėjimą per juodą dangąOro trintis:trintis, atsirandanti, kai daiktas, pavyzdžiui, rutulys, juda oruSvoris:kur dėl gravitacijos kūnas traukiamas į Žemės centrą

Nekontaktines jėgas galima suskirstyti į tris tipus:

Gravitacinė:kuri atsiranda dėl gravitacinio traukos tarp dviejų kūnųElektra:kuri atsiranda dėl dviejuose kūnuose esančių elektros krūviųMagnetinis:kuris atsiranda dėl dviejų kūnų magnetinių savybių, pavyzdžiui, priešingų dviejų magnetų polių traukia vienas kitą

Jėgos ir Niutono judėjimo dėsniai

Jėgos sąvoką iš pradžių apibrėžė Seras Izaokas Niutonas jo trys judėjimo dėsniai . Jis paaiškino gravitacija kaip traukianti jėga tarp kūnų, kurie turėjo masė . Tačiau gravitacija viduje Einšteino bendroji reliatyvumo teorija nereikalauja jėgos.

Pirmasis Niutono judėjimo dėsnis sako, kad objektas ir toliau judės pastoviu greičiu, nebent jį veiks išorinė jėga. Judantys objektai juda tol, kol juos veikia jėga. Tai yra inercija. Jie nespartins, nesulėtės ir nekeis krypties, kol kas nors jų nepaveiks. Pavyzdžiui, jei slystate ledo ritulio ritulį, jis galiausiai sustos dėl trinties ant ledo.

Antrasis Niutono judėjimo dėsnis sako, kad pastovios masės jėga yra tiesiogiai proporcinga pagreičiui (pagreičio kitimo greičiui). Tuo tarpu pagreitis yra atvirkščiai proporcingas masei. Pavyzdžiui, kai metate ant žemės mestą kamuolį, jis veikia žemyn nukreiptą jėgą; žemė, reaguodama, daro jėgą į viršų, todėl kamuolys atšoka. Šis dėsnis naudingas jėgoms matuoti. Jei žinote du veiksnius, galite apskaičiuoti trečiąjį. Taip pat žinote, kad jei objektas įsibėgėja, jį turi veikti jėga.

Trečiasis Niutono judėjimo dėsnis yra susijęs su dviejų objektų sąveika. Sakoma, kad kiekvienam veiksmui yra lygi ir priešinga reakcija. Kai jėga veikia vieną objektą, ji turi tokį patį poveikį objektui, kuris sukūrė jėgą, bet priešinga kryptimi. Pavyzdžiui, jei šokate iš mažos valties į vandenį, jėga, kurią naudojate šokti į priekį į vandenį, taip pat stums valtį atgal. Veiksmo ir reakcijos jėgos vyksta tuo pačiu metu.

Pagrindinės jėgos

Yra keturios pagrindinės jėgos kurie valdo fizinių sistemų sąveiką. Mokslininkai ir toliau siekia vieningos šių jėgų teorijos:

1. Gravitacija: jėga, kuri veikia tarp masių. Visos dalelės patiria gravitacijos jėgą. Pavyzdžiui, jei laikote rutulį ore, Žemės masė leidžia rutuliui kristi dėl gravitacijos jėgos. Arba, jei paukščio jauniklis iššliaužia iš savo lizdo, Žemės gravitacija nutemps jį ant žemės. Nors gravitonas buvo pasiūlytas kaip gravitaciją tarpininkaujanti dalelė, ji dar nepastebėta.

2. Elektromagnetiniai: jėga, kuri veikia tarp elektros krūvių. Tarpininkaujanti dalelė yra fotonas. Pavyzdžiui, garsiakalbis naudoja elektromagnetinę jėgą garsui skleisti, o banko durų užrakinimo sistema naudoja elektromagnetines jėgas, kad padėtų sandariai uždaryti saugyklos duris. Medicinos prietaisų, pvz., magnetinio rezonanso tomografijos, maitinimo grandinės naudoja elektromagnetines jėgas, kaip ir greitojo magnetinio perdavimo sistemos Japonijoje ir Kinijoje, vadinamos „maglev“ magnetinei levitacijai.

3. Stiprus branduolinis: jėga, kuri kartu laiko atomo branduolį, tarpininkaujant veikiantiems gliuonams kvarkai , antikvarkai ir patys gliuonai. (Gliuonas yra pasiuntinio dalelė, jungianti kvarkus protonuose ir neutronuose. Kvarkai yra pagrindinės dalelės, kurios susijungdamos sudaro protonus ir neutronus, o antikvarkai savo mase yra identiški kvarkams, bet priešingi elektrinėmis ir magnetinėmis savybėmis.)

Keturi. Silpnas branduolinis : jėga, kuri tarpininkauja keičiantis W ir Z bozonai ir pastebimas branduolyje esančių neutronų beta skilimo metu. (Bosonas yra dalelių rūšis, kuri paklūsta Bose-Einstein statistikos taisyklėms.) Esant labai aukštai temperatūrai, silpnoji jėga ir elektromagnetinė jėga yra neatskiriamos.