Hvad kan forårsage en ændring i hastighed?

Den første af Sir Isaac Newtons tre bevægelsesbeviser, som danner grundlaget for klassisk mekanik, siger, at et objekt i ro eller i en tilstand af ensartet bevægelse vil forblive på den måde på ubestemt tid i fraværet af en ekstern styrke. Med andre ord er en kraft det, der forårsager en ændring i hastighed eller acceleration. Den accelerationsmængde, der produceres på en genstand med en given kraft, bestemmes af objektets masse.

Kraft og hastighed er retningsbestemt

Når fysikere taler om en objekts hastighed, taler de ikke kun om objektets hastighed, men også om den retning, den bevæger sig i. På samme måde har kraft en retningskomponent såvel som en kvantitativ en - en kraft, der direkte modsætter sig en objekts hastighed, har en anden virkning på objektet end en kraft, der virker vinkelret på dens bevægelse. I matematiske termer er kraft, hastighed og acceleration - som er hastigheden for ændring af hastighed frembragt af en kraft - "vektor" -mængder, hvilket er et udtryk, der indebærer deres retningskomponent.

Forces Acting on en flyvemaskine

Den nemmeste måde at forstå, hvordan en kraft ændrer objektets hastighed, er at forestille sig, at kraften virker i samme retning som hastigheden. For eksempel giver jetmotorerne på et fly en kraft, der virker i retning af flyets bevægelse, hvilket giver det en positiv acceleration og gør det hurtigere. Luftfriktion, derimod, modsætter sig direkte flyets bevægelse og decelererer det; hvis motorerne holder op med at arbejde, vil flyvemaskinen falde ud af himlen. Men når motorkraften og det opadgående tryk på de aerodynamisk udformede vinger balancerer friktionskraften og andre decelerationskræfter, herunder tyngdekraften, flyver flyvningen med konstant hastighed mod dets destination.

Den Gravitationens kraft

Den tyngdekraftige tiltrækning, som solen udøver på jorden, er et eksempel på en kraft med en vigtig retningsbestemt komponent. Fordi gravitationsstyrken virker i rette vinkler af Jordens bevægelse, ændrer den ikke den hastighed, som planeten bevæger sig på, men det ændrer konstant retningen. Som følge heraf bevæger Jorden sig i et næsten cirkulært kredsløb. Jordens hastighed kan være relativt konstant, men dens hastighed ændres altid som et resultat af tyngdekraften, som altid trækker den mod solen. Den samme gravitationsstyrke holder satellitterne i kredsløb rundt om jorden.

Fri-kropsdiagrammer

Det matematiske forhold mellem kraft (F) udøvet på et objekt og dets acceleration (a) er F = m • a, hvor "m" er objektets masse. Enheden for kraft i det metriske system er Newton, der er opkaldt efter Isaac Newton, den engelske fysiker, der formulerede forholdet. I den virkelige verden er der normalt flere kræfter, der virker på en krop, hver med en retningskomponent. Disse kræfter kan være mekaniske, tyngdekraftige, elektriske eller magnetiske i naturen. For at forudsige objektets bevægelse er det ofte nyttigt at tegne et frit kropsdiagram, som er en grafisk repræsentation af disse kræfter, som viser størrelsen og retningen af ​​hver.