แรง: มันคืออะไร ประเภท สูตร ตัวอย่าง

ความแข็งแกร่ง เป็นตัวแทนไดนามิกที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนสถานะของ พักผ่อน หรือ การเคลื่อนไหว ของร่างกาย เมื่อแรงถูกนำไปใช้กับร่างกาย มันสามารถพัฒนา a อัตราเร่ง, ในขณะที่ กฎของนิวตันหรือทำให้เสียรูป แรงในธรรมชาติมีหลายประเภท เช่น ความแข็งแกร่งแรงโน้มถ่วงความแข็งแกร่งไฟฟ้า,ความแข็งแกร่งแม่เหล็กความแข็งแกร่งนิวเคลียร์แข็งแกร่ง และ อ่อนแอ,ความแข็งแกร่งของแรงเสียดทาน แรงลอยตัว เป็นต้น

กองกำลังคือ ปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งจึงต้องกำหนดตาม. ของคุณ โมดูล,ทิศทาง และ ความรู้สึก โมดูลัสของแรงหมายถึงความเข้มของมัน ดิ ทิศทาง มันเกี่ยวข้องกับทิศทางของแรงที่ใช้ (เช่นแนวนอนและแนวตั้ง); แต่ละทิศทาง ในทางกลับกัน นำเสนอสอง ความรู้สึก: บวกและลบ, ซ้ายและขวา, ขึ้นและลง, ฯลฯ.

มีกองกำลังหลายประเภทในธรรมชาติ

ประเภทของแรง

ตามที่ ระบบหน่วยสากลปริมาณแรงจะถูกวัดในหน่วยของ .โดยไม่คำนึงถึงธรรมชาติ kg.m/s²แต่เรามักใช้ขนาด นิวตัน (N) เพื่อกำหนดหน่วยดังกล่าวเป็นเครื่องบรรณาการให้กับหนึ่งในนักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดตลอดกาล: ไอแซกนิวตัน. อุปกรณ์ที่ใช้วัดแรงเรียกว่า ไดนาโมมิเตอร์ – สปริงของค่าคงที่ยืดหยุ่นที่ทราบซึ่งยืดออกเมื่อมีแรงบางอย่างถูกนำไปใช้กับพวกมัน

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

ในตำราเรียนบางเล่ม เป็นเรื่องปกติที่จะกำหนดความแข็งแกร่งสองประเภท: กองกำลังในระยะไกลหรือที่เรียกว่ากองกำลังภาคสนาม และติดต่อกองกำลัง. ในกลุ่มของแรงที่อยู่ห่างไกล เป็นเรื่องปกติที่จะรวมแรงน้ำหนัก แรงแม่เหล็ก แรงดึงดูดระหว่างประจุและอื่นๆ ในกลุ่มของแรงสัมผัส มีการใช้ตัวอย่าง เช่น การผลักหรือดึงบางสิ่ง การดึง แรงเสียดทาน และอื่นๆ

แม้จะมีคำจำกัดความที่เสนอ จำเป็นต้องชี้แจงว่าไม่มีกองกำลังติดต่อ. แรงทั้งหมดในธรรมชาติเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ของสนามต่างๆ เช่น สนามโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ในภาพ เราจะเห็นได้ว่าพื้นผิวค่อนข้างหยาบ

เมื่อเราสัมผัสสิ่งใด ก็ไม่มีทางสัมผัสระหว่างมือของเรากับวัตถุ: ในระดับจุลภาค อะตอมจะไม่สัมผัสกัน เนื่องจากเมื่ออยู่ใกล้กันมาก อิเล็กโตรสเฟียร์ของพวกมันคือ ผิดรูป ผลักซึ่งกันและกันด้วยประจุของอิเล็กตรอน ซึ่งเคลื่อนที่ออกจากกันเนื่องจากปฏิกิริยาของ ของคุณ สนามไฟฟ้า และ แม่เหล็ก มีบางกรณีที่นิวเคลียสของอะตอมสัมผัสกันจริง สถานการณ์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับ สูงมากปริมาณในพลังงาน, เช่นเดียวกับที่ได้จากการทดลองภายในเครื่องเร่งอนุภาค

ดูยัง:ทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่ออนุภาคชนกันด้วยความเร็วใกล้เคียงกับแสง

เรามาดูกันว่ากองกำลังประเภทใดที่มีอยู่ในธรรมชาติ จากแรงที่อธิบายไว้ด้านล่าง ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่รู้จักทั้งหมดเกิดขึ้น ตรวจสอบสิ่งที่พวกเขาเป็นและคุณสมบัติหลักของพวกเขา:

• แรงโน้มถ่วง: ยังเป็นที่รู้จักกันในนาม ความแข็งแรงน้ำหนักเป็นแรงประเภทหนึ่งที่ทำให้วัตถุทั้งสองมีมวลดึงดูดกัน แรงถ่วงน้ำหนักมีหน้าที่ทำให้เราผูกติดอยู่กับโลกและโคจรรอบดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ด้วย
• แรงไฟฟ้า: มีหน้าที่ในการดึงดูดหรือขับไล่ประจุไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น พันธะเคมีเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของประจุระหว่างอะตอม แรงไฟฟ้าสามารถทำให้อิเล็กตรอนมีอยู่ใน ตัวนำ เคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งสามารถนำไปใช้เป็นกำลังได้ วงจรไฟฟ้า.
• แรงแม่เหล็ก: ทำหน้าที่ในการเคลื่อนย้ายโหลด แรงประเภทนี้ทำให้แม่เหล็กดึงดูดหรือผลักกัน ขึ้นอยู่กับขั้วของสนามแม่เหล็ก THE แรงแม่เหล็ก นอกจากนี้ยังทำให้เข็มแม่เหล็กขนาดเล็กปรับทิศทางตัวเองตามทิศทางของสนามแม่เหล็กโลก
• แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งและอ่อนแอ: มีหน้าที่รักษาความสมบูรณ์ของนิวเคลียสของอะตอม แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งทำให้โปรตอนดึงดูดแม้ว่าประจุของพวกมันจะผลักกัน ในทางกลับกัน แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอจะจับควาร์กไว้ด้วยกัน ทำให้เกิดโปรตอนและนิวตรอน เป็นต้น

กองกำลังเช่น แรงฉุดแรงเสียดทานผลักดันชักเย่อบิดกองกำลังยืดหยุ่น และอื่นๆ ที่เรียกโดยทั่วไปว่า กองกำลังกลศาสตร์, อันที่จริงแล้วเป็นการสำแดงขนาดมหภาคของการโต้ตอบที่ส่วนใหญ่เป็นไฟฟ้า

ดูยัง:ฟิสิกส์ควอนตัม: สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาปรากฏการณ์มิติเล็ก

แรงและกฎของนิวตัน

แนวความคิดเรื่องกำลังอาจคลุมเครืออยู่บ้างหากไม่มีนิพจน์ที่สามารถกำหนดได้ในลักษณะที่สอดคล้องกัน กฎของนิวตันคือชุดของกฎที่กำหนดว่ากองกำลังคืออะไรและพฤติกรรมเป็นอย่างไร

ให้เป็นไปตาม กฎข้อที่ 1 ของนิวตัน – กฎหมายของ ความเฉื่อยหากไม่มีแรงกระทำต่อร่างกาย หรือถ้าแรงที่กระทำต่อร่างกายหักล้างกัน ร่างกายนี้สามารถหยุดนิ่งหรือเคลื่อนที่เป็นแนวตรงและสม่ำเสมอก็ได้

นอกจากกฎข้อที่หนึ่งของนิวตันแล้ว หลักการพื้นฐานของพลวัตเรียกว่า known กฎข้อที่ 2 ของนิวตันระบุว่าแรงสุทธิบนวัตถุมีค่าเท่ากับมวลของวัตถุนั้นคูณด้วยความเร่งที่เกิดจากแรงสุทธิ นอกจากนี้ ความเร่งที่ได้มาจะต้องอยู่ในทิศทางเดียวกันและทิศทางเดียวกับผลของแรงเสมอ

THE กฎข้อที่สามของนิวตันเรียกว่า known กฎแห่งการกระทำและปฏิกิริยาระบุว่าแรงมักเกิดขึ้นเป็นคู่เสมอ ถ้าร่างกาย A ออกแรงกระทำต่อร่างกาย B ร่างกาย B จะสร้างแรงให้กับร่างกาย A ที่มีขนาดและทิศทางเท่ากัน แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม นอกเหนือจากการระบุว่าแรงกระทำและแรงปฏิกิริยามีขนาดเท่ากัน กฎข้อที่สามของนิวตันยังระบุด้วยว่าคู่การกระทำและปฏิกิริยาไม่สามารถเกิดขึ้นในวัตถุเดียวได้

ลองดูตัวอย่างที่เราสามารถสังเกตกฎแห่งการกระทำและปฏิกิริยา:

• เมื่อเราเดิน เราดันพื้นถอยหลัง ในทางกลับกันพื้นดินผลักเราไปข้างหน้า
• ถ้าเราอยากจะปีนเชือก เราต้องดึงมันลงมาเพื่อที่เราจะดันขึ้นได้
• หากเราดันขอบสระเราถูกผลักกลับ เราไม่ได้สังเกตพฤติกรรมนี้เมื่ออยู่นอกน้ำเนื่องจากแรงเสียดทานที่ทำให้เรายึดติดกับพื้น

อ่านด้วย: 7 คำถามที่ยังไม่ได้รับคำตอบจากฟิสิกส์

กองกำลังจอมปลอม

กองกำลังสมมติ มีอยู่ในเฟรมที่ไม่เฉื่อย กฎของนิวตันถูกกำหนดไว้เฉพาะสำหรับ การอ้างอิงเฉื่อย กล่าวคือ ตำแหน่งที่อยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่ สถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการหมุน เช่น ทำให้เกิดกองกำลังที่สมมติขึ้น ซึ่งไม่ใช่กองกำลังจริงๆ

เมื่อเราเข้าเกียร์สูงในโค้งที่เฉียบคม เราจะรู้สึกได้ว่าร่างกายของเรากระแทกกับผนังรถ อีกตัวอย่างหนึ่งคือเมื่อเรานั่งเครื่องบินกำลังขึ้น เราจะรู้สึกได้ถึง "แรง" ที่กดทับที่นั่ง พลังนี้แท้จริงแล้วคือ ความเฉื่อย ของร่างกาย

เนื่องจากร่างกายอยู่ภายใต้ความเร่ง ความเฉื่อยของคุณมีแนวโน้มที่จะต่อต้านพลังนี้ด้วยวิธีนี้เรารู้สึกถึงพลังปลอมในทิศทางตรงกันข้ามซึ่งอันที่จริงแล้วเป็นของเรา แนวโน้มที่จะอยู่ในสถานะของการเคลื่อนไหวที่เราอยู่ are. .

ตัวอย่างที่ดีของแรงสมมติคือแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง เมื่อเคลื่อนที่เป็นวงกลม ร่างกายจะหลบหนีไปในทิศทางนั้น แทนเจนต์ ไปทางโค้งเหมือนเมื่อเราหมุนก้อนหินบนเชือกแล้วปล่อยมัน ที่ ความแข็งแกร่งชัดเจนซึ่งทำให้หินยึดสายไว้แน่น แท้จริงแล้วความเฉื่อยของหินเองที่แสดงออกต่อการใช้แรงจริง เรียกว่าแรงสู่ศูนย์กลาง

ในกรณีนี้ แรงสู่ศูนย์กลางเกิดจากแรงดึงที่เชือกทำกับหิน ดังนั้นจึงเป็นแรงจริง ซึ่งจะชี้ไปที่ศูนย์กลางของวิถีที่หินเคลื่อนที่เสมอ THE แรงเหวี่ยง แท้จริงแล้วมันไม่ใช่แรง แต่เป็นการแสดงออกของความเฉื่อยของร่างกายเร่ง

อ่านด้วย: เคล็ดลับสูตรฟิสิกส์

สูตรที่ใช้คำนวณแรง

ตรวจสอบสูตรที่สามารถคำนวณแรงประเภทต่างๆ ได้:

→ แรงน้ำหนักหรือแรงโน้มถ่วง

G – ค่าคงที่ความโน้มถ่วงสากล (6.67.10-11 m³kg^-1ส^-2)

r – ระยะห่างจากศูนย์กลางโลก (ม.)

แรงโน้มถ่วงและน้ำหนักมีความหมายเหมือนกัน ในสูตรข้างต้น เราแสดงสูตรที่ใช้ในการคำนวณแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากมวลสองก้อน m และ M และน้ำหนัก P ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากสนามโน้มถ่วง g ของดาว ดังนั้นเราจึงสามารถเข้าใจได้ว่าแรงโน้มถ่วงเกิดขึ้นจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างมวลกับสนามโน้มถ่วง

→ แรงไฟฟ้า

k₀ – ค่าคงที่สูญญากาศไฟฟ้าสถิต (9.10⁹ Nm²C^-2)

และ – สนามไฟฟ้า (N/C)

r – ระยะห่างระหว่างประจุ (ม.)

แรงโน้มถ่วงสามารถคำนวณได้คล้ายกับแรงโน้มถ่วงมาก นอกจากนี้ยังสามารถคำนวณสัมพันธ์กับสนามไฟฟ้าได้อีกด้วย

→ แรงแม่เหล็ก

แรงแม่เหล็กเกิดจากปฏิกิริยาของประจุไฟฟ้า q กับความเร็ว v สัมพันธ์กับสนามแม่เหล็ก B มุม θ ในสูตรวัดระหว่างความเร็วกับสนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กจะทำปฏิกิริยากับประจุที่เคลื่อนที่ในผงเหล็ก

→ แรงเสียดทาน

μ - ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

N - ความแรงปกติ

แรงเสียดทานเกิดขึ้นจากแรงดึงดูดของโมเลกุล เช่น แรงเหนี่ยวนำไดโพล หรือที่เรียกว่า กองกำลังแวนเดอร์วาลส์.

→ ความแข็งแรงยืดหยุ่น Elastic

k - ค่าคงที่ยืดหยุ่น (N/m)

x - การเสียรูป (ม.)

แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นเมื่อร่างกายมีแนวโน้มที่จะกลับสู่รูปร่างเดิมเมื่ออยู่ภายใต้การใช้แรงภายนอก

→ แรงลอยตัว

d – ความหนาแน่น (กก./ลบ.ม.)

g – แรงโน้มถ่วง (m/s²)

วี – ปริมาณที่จมอยู่ใต้น้ำ (m³)

แรงลอยตัวเกิดขึ้นเมื่อวัตถุบางอย่างถูกสอดเข้าไปในของเหลว เช่น อากาศในบรรยากาศหรือน้ำ

แม้จะแตกต่างกัน แต่แรงทั้งหมดที่แสดงตัวอย่างข้างต้นมีความสอดคล้องกันในมิติ กล่าวคือ แรงทั้งหมดถูกวัดในหน่วยเดียวกัน นั่นคือ นิวตัน

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก