Jėga yra kiekybinis sąveikos, sukeliančios objekto judesio pasikeitimą, aprašymas. Objektas gali greičiu aukštyn, sulėtinti greitį arba pakeisti kryptį reaguojant į jėgą. Kitaip tariant, jėga yra bet koks veiksmas, kuris linkęs palaikyti ar pakeisti kūno judesį ar jį iškraipyti. Objektus stumia ar traukia juos veikiančios jėgos.
Kontaktinė jėga yra apibrėžiama kaip jėga, veikiama, kai du fiziniai objektai tiesiogiai liečiasi vienas su kitu. Kitos jėgos, tokios kaip gravitacija ir elektromagnetinės jėgos, gali veikti net per tuščią kosmoso vakuumą.
„Key Takeaways“: pagrindinės sąlygos
- Jėga: Sąveikos, sukeliančios objekto judesio pasikeitimą, aprašymas. Jį taip pat gali pavaizduoti simbolis F.
- Niutonas: Jėgos vienetas tarptautinėje vienetų sistemoje (SI). Jį taip pat gali pavaizduoti simbolis N.
- Kontaktinės pajėgos: Jėgos, kurios vyksta, kai daiktai liečiasi vienas su kitu. Kontaktines jėgas galima suskirstyti į šešis tipus: tempimo, spyruoklinės, normalios reakcijos, trinties, oro trinties ir svorio.
- Neliestos jėgos: Jėgos, vykstančios, kai du objektai neliečiami. Šios jėgos gali būti klasifikuojamos pagal tris tipus: gravitacinę, elektrinę ir magnetinę.
Jėgos vienetai
Jėga yra vektorius; ji turi ir kryptį, ir dydį. SI jėgos vienetas yra niutonas (N). Vienos jonavos jėga yra lygi 1 kg * m / s2 (kur „*“ simbolis reiškia „kartus“).
Jėga yra proporcinga pagreitis, kuris apibūdinamas kaip greičio kitimo greitis. Skaičiuojant, jėga yra impulsų darinys laiko atžvilgiu.
Kontaktas vs. Neliestoji jėga
Visatoje yra dviejų tipų jėgos: kontaktinės ir nekontaktinės. Kontaktinės jėgos, kaip matyti iš pavadinimo, vyksta, kai daiktai liečiasi vienas su kitu, pvz., Spardo rutulį: Vienas objektas (tavo koja) liečia kitą daiktą (rutulį). Neliestos jėgos yra tos, kuriose objektai neliečia vienas kito.
Kontaktinės jėgos gali būti klasifikuojamos pagal šešis skirtingus tipus:
- Įtampa: pvz., virvelė yra priveržta
- Pavasaris: pvz., jėga, kuria veikiama suspaudžiant du spyruoklės galus
- Normali reakcija: kur vienas kūnas reaguoja į jam tenkančią jėgą, pvz., rutulys, šokinėjantis ant juodo paviršiaus
- Trintis: jėga, kuria veikiama, kai daiktas juda per kitą, pavyzdžiui, rutulį, riedintį per juodąjį stalviršį
- Oro trintis: trintis, atsirandanti, kai daiktas, pavyzdžiui, rutulys, juda oru
- Svoris: kai kūnas dėl gravitacijos traukiamas link Žemės centro
Neliestos jėgos gali būti klasifikuojamos pagal tris tipus:
- Gravitacinis: kuri atsiranda dėl gravitacinio traukos tarp dviejų kūnų
- Elektros: kuri atsiranda dėl elektros krūvių, esančių dviejuose kūnuose
- Magnetinis: kuris atsiranda dėl dviejų kūnų magnetinių savybių, tokių kaip priešingi dviejų magnetų poliai, traukiantys vienas kitą
Jėgos ir Niutono judėjimo įstatymai
Jėgos sąvoką iš pradžių apibrėžė Seras Izaokas Niutonas jo trys judesio dėsniai. Jis paaiškino gravitacija kaip patraukli jėga tarp kūnų, kurie turėjo mišios. Tačiau sunkumas viduje Einšteino bendrasis reliatyvumas nereikalauja jėgos.
Niutono pirmasis judesio dėsnis sako, kad objektas judės tolygiu greičiu, nebent jam veiktų išorinė jėga. Judantys objektai juda tol, kol juos veikia jėga. Tai yra inercija. Jie nepagreitins, sulėtins greičio ir nepakeis krypties, kol kažkas jiems veiks. Pavyzdžiui, jei stumdysite ledo ritulio ritulį, jis ilgainiui sustos dėl trinties ant ledo.
Niutono antrasis judesio dėsnis sako, kad pastovios masės jėga yra tiesiogiai proporcinga pagreičiui (impulsų kitimo greičiui). Tuo tarpu pagreitis yra atvirkščiai proporcingas masei. Pvz., Mesti į žemę mestą kamuolį jis nukreipia žemyn nukreiptą jėgą; žemė, reaguodama, nukreipia aukštyn kylančią jėgą, sukeliančią rutulio atšokimą. Šis dėsnis yra naudingas matuojant jėgas. Jei žinote du veiksnius, galite apskaičiuoti trečiąjį. Jūs taip pat žinote, kad jei objektas įsibėgėja, jame turi veikti jėga.
Niutono trečiasis judesio dėsnis susijęs su dviejų objektų sąveika. Sakoma, kad kiekvienam veiksmui yra lygi ir priešinga reakcija. Kai jėga taikoma vienam objektui, ji turi tą patį poveikį objektui, kuris sukūrė jėgą, bet priešinga kryptimi. Pvz., Jei iššokite iš nedidelės valties į vandenį, jėga, kurią naudojate šuoliui į priekį, taip pat pastums valtį atgal. Veiksmo ir reakcijos jėgos vyksta tuo pačiu metu.
Pagrindinės pajėgos
Yra keturios pagrindinės jėgos kurie valdo fizinių sistemų sąveiką. Mokslininkai ir toliau laikosi vieningos šių jėgų teorijos:
1. Gravitacija: jėga, veikianti tarp masių. Visos dalelės patiria gravitacijos jėgą. Pvz., Jei laikote rutulį ore, žemės masė leidžia rutuliui kristi dėl gravitacijos jėgos. Arba, jei mažylis paukštis išlįs iš savo lizdo, gravitacija iš žemės atitrauks jį į žemę. Nors gravitonas buvo pasiūlytas kaip dalelė, tarpinanti gravitaciją, ji dar nebuvo pastebėta.
2. Elektromagnetinis: jėga, veikianti tarp elektros krūvių. Tarpininkaujanti dalelė yra fotonas. Pavyzdžiui, garsiakalbis garsui skleisti naudoja elektromagnetinę jėgą, o banko durų užrakinimo sistema naudoja elektromagnetines jėgas, kad padėtų sandariai uždaryti skliauto duris. Medicininių prietaisų, tokių kaip magnetinio rezonanso tomografija, maitinimo grandinės naudoja elektromagnetines jėgas, kaip ir Japonijos ir Kinijos greitojo magnetinio tranzito sistemos, vadinamos „maglev“ magnetinei levitacijai.
3. Stiprus branduolys: jėga, laikanti kartu atomo branduolį, veikiama glionų, veikiančių kvarkai, antikiniai ir patys klonai. (Gluonas yra pasiuntinio dalelė, jungianti kvarkus protonų ir neutronų viduje. Kvarkai yra pagrindinės dalelės, kurios sujungia protonus ir neutronus, o antikvarkai yra identiški kvarkams pagal masę, tačiau priešingi elektrinėmis ir magnetinėmis savybėmis.)
4. Silpnas branduolinis: jėga, kuri tarpininkauja keičiantis W ir Z bozonai ir yra matomas atliekant beta branduolių neutronų skilimą. (Bosonas yra dalelių rūšis, kuri laikosi Bose-Einšteino statistikos taisyklių.) Esant labai aukštai temperatūrai, silpnoji jėga ir elektromagnetinė jėga yra neatskiriama.