Kracht: wat is het, typen, formules, voorbeelden

Kracht is de dynamische agent die verantwoordelijk is voor het veranderen van de status van rust uit of beweging van een lichaam. Wanneer een kracht op een lichaam wordt uitgeoefend, kan het een versnelling, als de De wetten van Newton, of vervormen. Er zijn verschillende soorten kracht in de natuur, zoals de krachtzwaartekracht,krachtelektrisch,krachtmagnetisch,krachtnucleairsterk en zwak,krachtvan wrijving, drijvende kracht; enz.

krachten zijn vector hoeveelheden die daarom moeten worden gedefinieerd op basis van uw module,richting en zin. De modulus van een kracht verwijst naar de intensiteit ervan; De richting het gaat om de richtingen waarin de krachten werken (bijvoorbeeld horizontaal en verticaal); elke richting presenteert op zijn beurt twee zintuigen: positief en negatief, links en rechts, op en neer, enz.

Er zijn verschillende soorten krachten in de natuur.

Soorten kracht

Volgens Internationaal systeem van eenheden Unit, ongeacht de aard ervan, wordt de krachthoeveelheid gemeten in de eenheid van

kg.m/s², we gebruiken echter meestal de magnitude newton (N) om zo'n eenheid aan te wijzen, als eerbetoon aan een van de grootste natuurkundigen aller tijden: Isaac Newton. Apparaten die worden gebruikt om krachten te meten, worden dynamometers - veren met bekende elastische constanten die uitrekken als er enige kracht op wordt uitgeoefend.

Niet stoppen nu... Er is meer na de reclame ;)

In sommige leerboeken is het gebruikelijk om twee soorten kracht te definiëren: krachten op afstand, ook wel veldkrachten genoemd, en contactkrachten. In de groep van krachten op afstand is het gebruikelijk om de gewichtskracht, de magnetische kracht, de aantrekkingskracht tussen ladingen en andere op te nemen. In de groep van contactkrachten worden voorbeelden gebruikt zoals duwen of trekken aan iets, het uitoefenen van trekkracht, wrijvingskrachten, enz.

Ondanks de voorgestelde definitie, het is noodzakelijk om te verduidelijken dat er geen contactkrachten zijn. Alle krachten in de natuur ontstaan ​​door de interactie van verschillende velden, zoals het zwaartekrachtveld en het elektromagnetische veld.

In de afbeelding kunnen we zien dat de oppervlakken microscopisch vrij ruw zijn.

Zelfs als we iets aanraken, is er geen contact tussen onze hand en het object: op microscopische schaal raken atomen elkaar niet aan, omdat hun elektrosferen, als ze heel dichtbij zijn, vervormd, elkaar afstotend dankzij de lading van hun elektronen, die uit elkaar bewegen door de interactie van interaction jouw elektrische velden en magnetisch. Er zijn maar weinig gevallen waarin atoomkernen elkaar daadwerkelijk raken. Deze situaties houden in: heel hooghoeveelhedeninenergie, zoals die verkregen in experimenten uitgevoerd in deeltjesversnellers.

Kijkenook:Begrijp wat er gebeurt als deeltjes botsen met snelheden die dicht bij die van licht liggen

Laten we eens kijken welke soorten krachten er in de natuur bestaan. Uit de hieronder beschreven krachten ontstaan ​​alle bekende natuurkundige verschijnselen. Bekijk wat ze zijn en wat hun belangrijkste kenmerken zijn:

• zwaartekracht: ook gekend als sterkte gewicht, is het type kracht dat ervoor zorgt dat twee lichamen met massa elkaar aantrekken. De gewichtskracht is verantwoordelijk om ons aan de aarde vast te houden en ook voor de baan van alle planeten rond de zon.
• Elektrische kracht: is verantwoordelijk voor het aantrekken of afstoten van elektrische ladingen. Chemische bindingen vinden bijvoorbeeld alleen plaats vanwege het verschil in lading tussen atomen. De elektrische kracht kan ervoor zorgen dat de elektronen in de geleiders in een specifieke richting bewegen, waardoor elektrische stromen ontstaan, die op hun beurt kunnen worden gebruikt om Elektrische circuits.
• Magnetische kracht: werkt op bewegende lasten. Dit type kracht zorgt ervoor dat magneten elkaar aantrekken of afstoten, afhankelijk van de polariteiten van het magnetische veld. DE magnetische kracht het zorgt er ook voor dat kleine gemagnetiseerde naalden zich oriënteren volgens de richting van het magnetische veld van de aarde.
• Sterke en zwakke kernkracht: zijn verantwoordelijk voor het behoud van de integriteit van de atoomkernen. De sterke kernkracht houdt de protonen aangetrokken, ook al stoten hun ladingen elkaar af. De zwakke kernkracht houdt op zijn beurt de quarks bij elkaar, waardoor bijvoorbeeld protonen en neutronen ontstaan.

Krachten zoals tractie,wrijving,duwt,sleepboten,wendingen,krachtenelastisch en anderen, over het algemeen beschreven als krachtenmechanica, het zijn in feite macroscopische manifestaties van interacties die meestal elektrisch zijn.

Kijkenook:Kwantumfysica: een tak van de natuurkunde die kleindimensionale verschijnselen bestudeert

De krachten en wetten van Newton

Het begrip kracht kan enigszins vaag zijn als er geen uitdrukkingen zijn die het op een coherente manier kunnen definiëren. De wetten van Newton zijn de verzameling wetten die bepalen wat de krachten zijn en wat het gedrag is.

Volgens de De 1e wet van Newton – de wet van traagheid, als er geen kracht op een lichaam werkt, of als de krachten die op een lichaam werken elkaar opheffen, kan dit lichaam in rust zijn of in een rechte en uniforme beweging.

Naast de eerste wet van Newton, basisprincipe van dynamiek, bekend als de De 2e wet van Newton, stelt dat de nettokracht op een lichaam gelijk is aan de massa van dat lichaam vermenigvuldigd met de versnelling die door de nettokracht wordt geproduceerd. Verder moet de verkregen versnelling altijd in dezelfde richting en met dezelfde richting zijn als de resultante van de krachten.

DE De derde wet van Newton, bekend als de wet van actie en reactie, stelt dat krachten altijd in paren voorkomen. Als lichaam A een kracht uitoefent op lichaam B, produceert lichaam B op lichaam A een kracht van gelijke grootte en richting, maar in tegengestelde richting. De derde wet van Newton geeft niet alleen aan dat de actie- en reactiekrachten even groot zijn, maar stelt ook dat het actie- en reactiepaar nooit in één lichaam kan voorkomen.

Bekijk enkele voorbeelden waar we de wet van actie en reactie kunnen naleven:

• Als we lopen, duwen we de grond naar achteren. De grond duwt ons op zijn beurt vooruit.
• Als we een touw willen beklimmen, moeten we het naar beneden trekken zodat we omhoog kunnen worden geduwd.
• Als we, wanneer we ondergedompeld zijn, tegen de rand van een zwembad duwen, worden we teruggeduwd. We nemen dit gedrag buiten het water niet waar vanwege de wrijvingskracht die ons aan de grond vasthoudt.

Lees ook: 7 vragen nog steeds onbeantwoord door natuurkunde

fictieve krachten

krachtenfictief ze zijn aanwezig in niet-inertiële frames. De wetten van Newton zijn exclusief gedefinieerd voor: referentiëletraagheid, dat wil zeggen posities die in rust of in rechtlijnige beweging zijn, met constante snelheid. Situaties met rotaties veroorzaken bijvoorbeeld het ontstaan ​​van fictieve krachten, die eigenlijk geen krachten zijn.

Wanneer we in een zeer scherpe bocht in een hogere versnelling gaan, kunnen we ons lichaam tegen de wanden van een auto voelen drukken. Een ander voorbeeld is dat wanneer we in een opstijgend vliegtuig zitten, we een "kracht" kunnen voelen die ons tegen de stoel drukt. Deze kracht is eigenlijk de traagheid van de lichamen.

Aangezien een lichaam onderhevig is aan versnelling, jouw traagheidheeft de neiging om deze kracht te weerstaan, op deze manier voelen we een fictieve kracht in de tegenovergestelde richting, die in feite onze neiging om in de staat van beweging te blijven waarin we ons bevinden. .

Een goed voorbeeld van fictieve kracht is de middelpuntvliedende kracht. Wanneer ze in cirkelvormige beweging zijn, hebben lichamen de neiging om in de richting te ontsnappen raaklijn naar de bocht, zoals wanneer we een steen aan een touwtje draaien en loslaten. Dat krachtklaarblijkelijk, die ervoor zorgt dat de steen het touw strak houdt, is eigenlijk de traagheid van de steen zelf die zich manifesteert tegen de toepassing van een echte kracht, centripetale kracht genaamd.

De middelpuntzoekende kracht wordt in dit geval geproduceerd door de trekkracht die het touw aan de steen maakt en het is daarom een ​​echte kracht, die altijd wijst naar het midden van het traject waarin de steen beweegt. DE centrifugale kracht het is in feite geen kracht, maar de uitdrukking van de traagheid van het versnelde lichaam.

Lees ook: Fysische formuletrucs

Formules die worden gebruikt voor het berekenen van krachten

Bekijk de formules die kunnen worden gebruikt om verschillende soorten krachten te berekenen:

→ Krachtgewicht of zwaartekracht

G – universele zwaartekrachtconstante (6.67.10-11 m³kg^-1zo^-2)

r – afstand van het middelpunt van de aarde (m)

Zwaartekracht en gewicht zijn synoniem. In de bovenstaande formules drukken we de formules uit die worden gebruikt om de zwaartekracht te berekenen die wordt veroorzaakt door twee massa's m en M en ook het gewicht P, dat ontstaat door het zwaartekrachtsveld. g van een ster. We kunnen dus begrijpen dat de zwaartekracht voortkomt uit de interactie tussen massa's en zwaartekrachtvelden.

→ Elektrische kracht

k₀ – elektrostatische vacuümconstante (9,10⁹ N.m²C^-2)

EN – elektrisch veld (N/C)

r – afstand tussen ladingen (m)

De zwaartekracht kan op dezelfde manier worden berekend als de zwaartekracht. Bovendien kan het worden berekend in relatie tot het elektrische veld.

→ Magnetische kracht

De magnetische kracht ontstaat door de interactie van een elektrische lading q, met snelheid v, in relatie tot een magnetisch veld B. De hoek θ in de formule wordt gemeten tussen de snelheid en het magnetische veld.

Het magnetische veld van de magneet interageert met de bewegende ladingen in het ijzerpoeder, waardoor ze bewegen.

→ Wrijvingskracht

μ - wrijvingscoëfficiënt

N - Normale sterkte

De wrijvingskracht ontstaat als gevolg van moleculaire aantrekkingen, zoals dipool-geïnduceerde krachten, ook wel bekend als van der Waals krachten.

→ Elastische sterkte

k - elastische constante (N/m)

x - vervorming (m)

Elastische kracht ontstaat wanneer een lichaam de neiging heeft terug te keren naar zijn oorspronkelijke vorm wanneer het wordt onderworpen aan de toepassing van een externe kracht.

→ drijvende kracht

d – dichtheid (kg/m³)

g – zwaartekracht (m/s²)

V – ondergedompeld volume (m³)

De opwaartse kracht ontstaat wanneer een lichaam in een vloeistof wordt ingebracht, zoals atmosferische lucht of water.

Ondanks dat ze van elkaar verschillen, zijn alle hierboven geïllustreerde krachten dimensioneel coherent, dat wil zeggen, ze worden allemaal gemeten in dezelfde eenheid, de newton.

Door mij Rafael Helerbrock