- แรงคืออะไร?
- ลักษณะแรง
- ประเภทของแรง
- หน่วยแรง
- แรงวัดได้อย่างไร?
- ตัวอย่างของความแข็งแกร่ง
- แรงและการเคลื่อนที่
- แรงโน้มถ่วง
- แรงระหว่างโมเลกุล
เราอธิบายว่าแรงคืออะไรสำหรับฟิสิกส์ ลักษณะเฉพาะ และประเภทของแรงตามทฤษฎีแต่ละข้อ อีกทั้งวิธีการวัดและตัวอย่างต่างๆ
แรงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวเพื่อเริ่มต้นหรือหยุดแรงคืออะไร?
ในแง่เทคนิค แรงคือปริมาณที่สามารถเปลี่ยนแปลงปริมาณของความเคลื่อนไหว หรือรูปร่างที่กำหนดของร่างกายหรือ a อนุภาค. ไม่ควรสับสนกับแนวคิดของความพยายามหรือพลังงาน.
โดยทั่วไป แนวคิดของแรงจะอธิบายในแง่ของ กลศาสตร์ คลาสสิกที่ก่อตั้งโดย หลักการของไอแซก นิวตัน (ค.ศ. 1642-1727) เป็นที่รู้จักในชื่อกฎหมายของขบวนการและตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1687 ใน Principia Mathematica.
ตามกลศาสตร์คลาสสิก แรงที่ส่งผลต่อร่างกายมีหน้าที่ในการเปลี่ยนแปลงสถานะการเคลื่อนไหว เช่น วิถีโคจรเป็นเส้นตรงและ การกระจัด เครื่องแบบและพิมพ์ a อัตราเร่ง (หรือชะลอตัว) นอกจากนี้ แรงใดๆ ที่กระทำต่อร่างกายจะสร้างแรงที่เหมือนกัน แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม
ปกติเราจะพูดถึงการใช้กำลังในชีวิตประจำวัน โดยไม่จำเป็นต้องใช้คำนี้เป็น ทางกายภาพ. แรงถูกศึกษาโดยฟิสิกส์ และตามนั้น แรงพื้นฐานสี่ชนิดได้รับการยอมรับที่ระดับควอนตัม: แรงโน้มถ่วง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงนิวเคลียร์อย่างแรง และแรงนิวเคลียร์อ่อน
ในทางตรงข้าม ในกลศาสตร์ของนิวตัน (หรือแบบคลาสสิก) มีแรงอื่นๆ ที่สามารถระบุตัวตนได้อีกมากมาย เช่น แรงเสียดทานแรงโน้มถ่วง, แรงสู่ศูนย์กลาง เป็นต้น
ลักษณะแรง
แรงสามารถถือได้ว่าเป็นเอนทิตีทางกายภาพที่อธิบายความรุนแรงของปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับพลังงาน.
สำหรับกลศาสตร์คลาสสิก ทุกแรงประกอบด้วยขนาดและ a ที่อยู่ดังนั้นจึงแสดงด้วย aเวกเตอร์. ซึ่งหมายความว่ามันเป็นปริมาณเวกเตอร์ ไม่ใช่สเกลาร์
ประเภทของแรง
ตามคำบอกเล่าของไอน์สไตน์ วัตถุขนาดใหญ่จะโค้งงอกาลอวกาศแรงมีหลายประเภทขึ้นอยู่กับธรรมชาติและจุดเน้น:
ตามกลศาสตร์ของนิวตัน:
- ความแข็งแกร่งของแรงเสียดทาน. เป็นพลังที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนไหวของร่างกาย, ออกแรง a ความอดทน ละทิ้งสภาวะพักหรือการเคลื่อนไหวอย่างที่เรารับรู้ได้เมื่อเริ่มเดินของหนักเมื่อผลัก
- แรงโน้มถ่วง. มันคือแรงที่กระทำโดย มวล ของร่างกายบนวัตถุใกล้เคียงโดยดึงเข้าหากัน แรงนี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเมื่อวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดหรือบางส่วนมีขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างความเป็นเลิศที่ตราไว้คือ ดาวเคราะห์โลก และวัตถุและสิ่งมีชีวิต ที่เราอาศัยอยู่บนพื้นผิวของมัน มีแรงดึงดูดระหว่างกัน
- แรงแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นแรงดึงดูดและน่ารังเกียจที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า
คุณยังสามารถพูดคุยเกี่ยวกับ:
- แรงสัมผัส. เป็นแรงที่กระทำจากการสัมผัสทางกายโดยตรงระหว่างร่างกายหนึ่งกับอีกร่างกายหนึ่ง
- บังคับในระยะไกล เป็นแรงที่สามารถกระทำได้โดยไม่ต้องสัมผัสร่างกายใดๆ ระหว่างร่างกาย
ตามกลศาสตร์สัมพัทธภาพหรือไอน์สไตน์:
- แรงโน้มถ่วง. เป็นแรงที่ปรากฏขึ้นเมื่อวัตถุขนาดใหญ่งอ ช่องว่าง–สภาพอากาศ รอบตัวพวกเขา บังคับให้วัตถุขนาดเล็กเบี่ยงเบนวิถีของพวกมันและเข้าหาพวกมัน
- แรงแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นแรงที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากระทำต่ออนุภาคที่มีประจุของ วัตถุตามการแสดงออกของพลังลอเรนซ์
ตามกลศาสตร์ควอนตัม:
- แรงโน้มถ่วง. มันคือแรงที่กระทำโดยมวลหนึ่งไปยังอีกมวลหนึ่ง เป็นแรงอ่อนในทิศทางเดียวเท่านั้น (น่าดึงดูด) แต่มีผลในระยะทางไกล
- บังคับแม่เหล็กไฟฟ้า. มันคือแรงที่ส่งผลต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่พวกมันสร้างขึ้น ซึ่งเป็นแรงที่ช่วยให้เกิดการยึดเหนี่ยวของโมเลกุล มันแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงและมีประสาทสัมผัสสองอย่าง (แรงดึงดูด-แรงผลัก)
- แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง เป็นแรงที่รักษานิวเคลียสของ อะตอม มั่นคง สามัคคีนิวตรอน Yโปรตอน. มันมีความเข้มข้นมากกว่าแม่เหล็กไฟฟ้า แต่มีช่วงที่น้อยกว่ามาก
- แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอ มันคือแรงที่รับผิดชอบต่อการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี ซึ่งสามารถดำเนินการเปลี่ยนแปลงในสสารของอะตอมได้ โดยมีขอบเขตน้อยกว่าแรงนิวเคลียร์อย่างแรง
หน่วยแรง
ตาม ระบบสากลแรงวัดเป็นหน่วยที่เรียกว่านิวตัน (N) เพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ หน่วยเหล่านี้สอดคล้องกับ 100,000 dynes และเข้าใจว่าเป็นปริมาณของแรงที่ใช้ในช่วงหนึ่งวินาทีถึง a มวล กิโลกรัมเพื่อให้ได้ความเร็วหนึ่งเมตรต่อวินาที นั่นคือว่า:
1 N = (1 กก. x 1 ม.) / 1 s2
มีหน่วยอื่น ๆ สำหรับระบบเมตริกอื่น ๆ ซึ่งเทียบเท่าในนิวตันเพื่อ:
- 1 กิโลกรัมแรงหรือ Kilpond เท่ากับ 9.81 N
- 1 แรงปอนด์เท่ากับ 4.448222 N
แรงวัดได้อย่างไร?
ทุกวันนี้มีไดนาโมมิเตอร์หลากหลายรุ่น แม้กระทั่งกับจอแสดงผลดิจิตอลไดนาโมมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่เหมาะสำหรับการวัดแรง นอกจากนี้ยังใช้ในการคำนวณ น้ำหนัก ของวัตถุ มันถูกคิดค้นโดย Isaac Newton เองโดยใช้สปริงและ กฎความยืดหยุ่นของฮุกในลักษณะที่คล้ายกับมาตราส่วนสปริง
ไดนาโมมิเตอร์รุ่นทันสมัยใช้หลักการเดียวกันและมีตะขอหรือวงแหวนที่ปลายลำตัวทรงกระบอกซึ่งมีสปริงหรือเกลียวที่ทำหน้าที่เป็นสปริง ที่จุดสิ้นสุดของมัน การวัด บังคับ (ในบางกรณีอาจปรากฏบนจอแสดงผลดิจิตอล)
ตัวอย่างของความแข็งแกร่ง
มีตัวอย่างของความแข็งแกร่งอยู่รอบตัวเราตลอดเวลา เรากำลังเอาชนะแรงโน้มถ่วง หากเราดันไหล่ที่ใหญ่โตเหมือนตู้เย็น เราจะไม่เพียงต้องเอาชนะ แรงโน้มถ่วงแต่ยังรวมถึงแรงเสียดทานที่ต่อต้านการเคลื่อนไหว
สิ่งเดียวกันนี้จะเกิดขึ้นเมื่อเราติดแม่เหล็กติดตู้เย็นเนื่องจากแรงแม่เหล็ก มันยึดเข้าที่ แต่ถ้าเรานำมันเข้าไปใกล้แม่เหล็กอีกอันผ่านขั้วเดียวกัน เราจะสังเกตเห็นแรงผลักเล็กน้อย ซึ่งเป็นอีกลักษณะหนึ่งของแรงแม่เหล็กเดียวกัน
แรงและการเคลื่อนที่
แรงและการเคลื่อนไหวเกี่ยวข้องกันอย่างมาก ประการแรก เพราะแรงคือสิ่งที่สามารถเริ่ม หยุด หรือปรับเปลี่ยนการเคลื่อนไหวได้
ตัวอย่างเช่น เมื่อลูกเบสบอลชนกับไม้ตี แรงของลูกเบสบอลจะถูกพิมพ์บนวินาทีเพื่อเบี่ยงเบนวิถีของมัน (เช่นเดียวกับที่แรงของเหยือกในตอนแรกมอบให้ เนื่องจากโดยปกติลูกบอลจะอยู่นิ่ง) แล้วโยนทิ้งในสนาม
เมื่อมีแรงอยู่ในร่างกาย ที่อยู่ เมื่อมีการเคลื่อนย้ายจะมีงานทำโดยแรงนั้น งานที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวนี้จะเกิดขึ้นเท่ากับพลังงานที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายร่างกาย สูตรทางคณิตศาสตร์ต่างๆ จะสามารถคำนวณได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของแรงและประเภทของการเคลื่อนไหว
แรงโน้มถ่วง
แรงโน้มถ่วงสามารถเอาชนะแรงอื่นๆ ได้ชั่วขณะแรงโน้มถ่วงคือแรงดึงดูดที่มวลกระทำต่อสสารรอบตัว โดยความเข้มจะแปรผันตามมวลของมวลและแปรผกผันกับระยะทางที่แยกจากกัน
ในความเป็นจริงดวงอาทิตย์ มันดึงดูดโลกของเราจากระยะไกลด้วยแรงแบบเดียวกับที่มันดึงดูดเราซึ่งอาศัยอยู่บนพื้นผิวของมัน แรงโน้มถ่วงสามารถเอาชนะได้ในชั่วขณะ เช่นเดียวกับที่เราทำเมื่อกระโดด แต่ในที่สุดเราจะยอมจำนนต่อมัน ทุกสิ่งที่ขึ้นไปอย่างอิสระต้องลงมา
แรงระหว่างโมเลกุล
พวกเขาคือผู้ที่รักษาโมเลกุล ร่วมกันก่อตัว โครงสร้าง ซับซ้อนและมวลมากขึ้น ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของ อะตอม ที่เกี่ยวข้อง. นั่นคือเหตุผลที่พวกมันเรียกอีกอย่างว่าพันธะระหว่างโมเลกุลหรือพันธะอะตอม แรงเหล่านี้สามารถเป็นสองประเภท:กองกำลัง Van der Waals หรือสะพานไฮโดรเจน