Spēka definīcija fizikā

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

Kontakta spēks tiek definēts kā spēks, kas tiek pielikts, kad divi fiziski objekti nonāk tiešā saskarē viens ar otru. Citi spēki, piemēram, gravitācijas un elektromagnētiskie spēki, var darboties pat visā tukšā kosmosa vakuumā.

Key Takeaways: Galvenie noteikumi

Spēks ir a vektors; tam ir gan virziens, gan lielums. Spēka SI vienība 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. Aprēķinot, spēks ir impulsa atvasinājums attiecībā pret laiku.

Visumā ir divu veidu spēki: kontakts un bezkontakts. Kā norāda nosaukums, saskares spēki notiek, kad objekti pieskaras viens otram, piemēram, bumbiņas sitiens: Viens priekšmets (jūsu kāja) pieskaras otram objektam (bumba). Bezkontakta spēki ir tie, kur objekti nesaskaras viens ar otru.

Kontakta spēkus var klasificēt pēc sešiem dažādiem veidiem:

• Tensional: piemēram, aukla tiek savilkta stingri
• Pavasaris: piemēram, spēks, kas tiek veikts, saspiežot divus atsperes galus
• Normāla reakcija: kur viens ķermenis reaģē uz tam pielikto spēku, piemēram, bumbiņu, kas atlec uz melnās virsmas
• Berze: spēks, kas tiek pielietots, kad priekšmets pārvietojas pāri otram, piemēram, lodei, kas ripo pāri melnajai virsmai
• Gaisa berze: berze, kas rodas, kad priekšmets, piemēram, bumba, pārvietojas pa gaisu
• Svars: kur ķermenis gravitācijas dēļ tiek vilkts uz Zemes centru

Bezkontakta spēkus var klasificēt pēc trim veidiem:

• Gravitācijas: kas ir saistīts ar gravitācijas pievilcību starp diviem ķermeņiem
• Elektriskais: kas rodas divos ķermeņos esošo elektrisko lādiņu dēļ
• Magnētisks: kas rodas divu ķermeņu magnētisko īpašību dēļ, piemēram, kad divu magnētu pretējie stabi tiek piesaistīti viens otram

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

Ņūtona pirmais kustības likums saka, ka objekts turpinās kustēties nemainīgā ātrumā, ja vien uz to nedarbosies ārējs spēks. Kustībā esošie objekti paliek kustībā, līdz uz tiem iedarbojas spēks. Tā ir inerce. Viņi nepaātrināsies, palēnināsies un nemainīs virzienu, kamēr kaut kas uz tiem nedarbosies. Piemēram, slīdot hokeja ripu, tā galu galā apstājas berzes dēļ uz ledus.

Ņūtona otrais kustības likums saka, ka spēks ir tieši proporcionāls paātrinājumam (impulsa maiņas ātrums) nemainīgai masai. Tikmēr paātrinājums ir apgriezti proporcionāls masai. Piemēram, kad jūs mest bumbu, kas izmesta uz zemes, tas iedarbojas uz leju; zeme, reaģējot uz to, rada augšupvērstu spēku, liekot bumbiņai piepeši. Šis likums ir noderīgs spēku mērīšanai. Ja jūs zināt divus faktorus, varat aprēķināt trešo. Jūs arī zināt, ka, ja objekts paātrinās, tam jābūt iedarbīgam.

Ņūtona trešais kustības likums attiecas uz mijiedarbību starp diviem objektiem. Tajā teikts, 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 nolekt no nelielas laivas ūdenī, spēks, kuru izmantojat, lai lektu ūdenī uz priekšu, arī laivu virzīs atpakaļ. Darbības un reakcijas spēki notiek vienlaikus.

Tur ir četri pamata spēki kas regulē fizisko sistēmu mijiedarbību. Zinātnieki turpina ievērot vienotu šo spēku teoriju:

1. Gravitācija: spēks, kas darbojas starp masām. Visas daļiņas izjūt gravitācijas spēku. Piemēram, ja turat bumbiņu gaisā, zemes masa ļauj bumbiņai nokrist gravitācijas spēka dēļ. Vai arī, ja mazulis putns izlien no tā ligzdas, smagums no Zemes to velk uz zemi. Lai arī gravitons ir ierosināts kā daļiņa, kas pastarpina gravitāciju, tas vēl nav novērots.

2. Elektromagnētiskais: 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. Medicīnas instrumentu, piemēram, magnētiskās rezonanses attēlveidošanas, strāvas ķēdes izmanto elektromagnētiskos spēkus, tāpat kā Japānas un Ķīnas magnētiskās ātrās tranzīta sistēmas, ko magnētiskās levitācijas dēvē par “maglev”.

3. Spēcīga kodola: spēks, kas kopā satur atoma kodolu, ko ietekmē gluoni, kas iedarbojas kvarki, antikvarki un paši gluoni. (Gluons ir kurjera daļiņa, kas saista kvarkus protonu un neitronu iekšienē. Kvarki ir pamatdaļiņas, kas apvienojas, veidojot protonus un neitronus, savukārt antikvarki ir identiski masas kvarkiem, bet ir pretēji elektriskajām un magnētiskajām īpašībām.)

4. Vāja kodola: spēks, kas tiek apmainīts ar W un Z apmaiņu bozoni un tas ir redzams neitronu beta sabrukšanā kodolā. (Bozons ir daļiņu tips, kas pakļaujas Bose-Einšteina statistikas noteikumiem.) Ļoti augstās temperatūrās vājš spēks un elektromagnētiskais spēks nav atšķirami.