Innehåll
- Kraft och hastighet är riktad
- Krafter som agerar på ett flygplan
- Gravitationskraften
- Diagram med fri kropp
Den första av Sir Isaac Newtons Three Laws of Motion, som utgör grunden för klassisk mekanik, säger att ett objekt i vila eller i ett tillstånd av enhetlig rörelse kommer att förbli på så sätt på obestämd tid i frånvaro av en yttre kraft. Med andra ord, en kraft är den som orsakar en förändring i hastighet eller acceleration. Mängden acceleration som produceras på ett objekt av en given kraft bestäms av föremålens massa.
Kraft och hastighet är riktad
När fysiker talar om en objekthastighet, pratar de inte bara om objektets hastighet utan också om riktningen i vilken det rör sig. På samma sätt har kraft både en riktningskomponent och en kvantitativ komponent - en kraft som direkt motsätter sig en objekthastighet har en annan effekt på objektet än en kraft som verkar vinkelrätt mot dess rörelse. I matematiska termer är kraft, hastighet och acceleration - vilket är hastigheten för hastighetsförändring som produceras av en kraft - "vektormängder", vilket är en term som antyder deras riktningskomponent.
Krafter som agerar på ett flygplan
Det enklaste sättet att förstå hur en kraft förändrar en objekthastighet är att föreställa sig den kraften som verkar i samma riktning som hastigheten. Till exempel ger jetmotorerna på ett flygplan en kraft som verkar i riktning mot flygplanets rörelse, vilket ger den en positiv acceleration och får den att gå snabbare. Luftfriktion motsätter sig å andra sidan direkt flygplanets rörelse och bromsar den; om motorerna slutar fungera kommer flygplanet att falla ut ur himlen. Men när motorns kraft och lufttrycket uppåt på de aerodynamiskt utformade vingarna balanserar friktionskraften och andra retardationskrafter, inklusive tyngdkraften, flyger flygplanet med en konstant hastighet mot sin destination.
Gravitationskraften
Gravitationsattraktionen som solen utövar på jorden är ett exempel på en kraft med en viktig riktningskomponent. Eftersom gravitationskraften verkar i rät vinkel mot jordens rörelse, ändrar den inte hastigheten med vilken planeten rör sig, men den ändrar ständigt riktningen. Som ett resultat rör sig jorden i en nästan cirkulär bana. Jordens hastighet kan vara relativt konstant, men dess hastighet förändras alltid till följd av den gravitationskraft som alltid drar den mot solen. Samma gravitationskraft håller satelliter i omloppsbana runt jorden.
Diagram med fri kropp
Det matematiska förhållandet mellan kraft (F) som utövas på ett objekt och dess acceleration (a) är F = m • a, där "m" är objektets massa. Enheten för styrka i det metriska systemet är Newton, som är uppkallad efter Isaac Newton, den engelska fysikern som formulerade förhållandet. I den verkliga världen finns det oftast flera krafter som verkar på en kropp, var och en med en riktningskomponent. Dessa krafter kan vara mekaniska, gravitationella, elektriska eller magnetiska. För att förutsäga objektets rörelse är det ofta användbart att rita ett frikroppsdiagram, som är en grafisk representation av dessa krafter som visar var och ens storlek och riktning.