הגדרת כוח בפיזיקה

כוח הוא תיאור כמותי של אינטראקציה הגורמת לשינוי בתנועת האובייקט. אובייקט עשוי מהירות למעלה, להאט או לשנות כיוון בתגובה לכוח. במילים אחרות, כוח הוא כל פעולה שנוטה לשמור או לשנות את תנועתו של גוף או לעוות אותו. עצמים נדחפים או מושכים על ידי כוחות הפועלים עליהם.

כוח מגע מוגדר ככוח המופעל כאשר שני עצמים פיזיים באים במגע ישיר אחד עם השני. כוחות אחרים, כמו כוח הכבידה והכוח האלקטרומגנטי, יכולים להפעיל את עצמם אפילו על פני הוואקום הריק של החלל.

Takeaways Key: תנאי מפתח

כוח הוא א וקטור; יש לו כיוון ועוצמה כאחד. יחידת ה- SI לכוח היא הניוטון (N). ניוטון כוח אחד שווה ל 1 ק"ג * מ"ש (כאשר הסמל "*" עומד על "פעמים").

כוח הוא פרופורציונלי ל תאוצה, המוגדר כשיעור שינוי המהירות. במונחי חשבון, כוח הוא נגזרת המומנטום ביחס לזמן.

ישנם שני סוגים של כוחות ביקום: מגע ואי-קשר. כוחות המגע, כפי שהשם מרמז, מתרחשים כאשר חפצים נוגעים זה בזה, כמו בעיטת כדור: חפץ אחד (כף הרגל שלך) נוגע באובייקט השני (הכדור). כוחות ללא מגע הם אלה שבהם העצמים אינם נוגעים זה בזה.

ניתן לסווג כוחות מגע לפי שישה סוגים שונים:

• מתוח: כמו מיתר נמשך בחוזקה
• אביב: כמו הכוח המופעל כשאת דוחסת שני קצוות של קפיץ
• תגובה רגילה: כאשר גוף אחד נותן תגובה לכוח המופעל עליו, כמו כדור הקופץ על השולחן
• חיכוך: הכוח המופעל כאשר חפץ עובר על פני אחר, כמו כדור שמתגלגל על ​​גבי שולחן שחור
• חיכוך אוויר: החיכוך שמתרחש כאשר חפץ, כמו כדור, נע באוויר
• משקל: שם נמשך גוף לכיוון מרכז כדור הארץ בגלל כוח הכבידה

ניתן לסווג כוחות ללא-מגע על פי שלושה סוגים:

• כוח משיכה: וזה נובע מהמשיכה הכבידה בין שני גופים
• חשמל: וזה נובע מהמטענים החשמליים שנמצאים בשני גופים
• מגנטי: המתרחשת כתוצאה מהתכונות המגנטיות של שני גופים, כמו הקטבים ההפוכים של שני מגנטים הנמשכים זה לזה

מושג הכוח הוגדר במקור על ידי סר איזק ניוטון בו שלושה חוקי תנועה. הוא הסביר כוח משיכה ככוח אטרקטיבי בין גופים שהיו ברשותם מסה. עם זאת, כוח הכבידה בתוכו תורת היחסות הכללית של איינשטיין לא דורש כוח.

חוק התנועה הראשון של ניוטון אומר שאובייקט ימשיך לנוע במהירות קבועה אלא אם כן הוא מופעל על ידי כוח חיצוני. עצמים בתנועה נשארים בתנועה עד שכוח פועל עליהם. זו אינרציה. הם לא יזרזו, לאטו או ישנו כיוון עד שמשהו יפעל עליהם. לדוגמה, אם תחליקו פאק הוקי, בסופו של דבר הוא ייפסק בגלל חיכוך על הקרח.

חוק התנועה השני של ניוטון אומר שכוח הוא ביחס ישר לתאוצה (קצב שינוי המומנטום) למסה קבועה. בינתיים, האצה היא ביחס הפוך למיסה. לדוגמה, כשזורקים כדור שנזרק על האדמה, הוא מפעיל כוח כלפי מטה; הקרקע, בתגובה, מפעילה כוח כלפי מעלה וגורמת לכדור להקפיץ. חוק זה מועיל למדידת כוחות. אם אתה יודע שניים מהגורמים, אתה יכול לחשב את השלישי. אתה גם יודע שאם חפץ מאיץ, חייב להיות כוח הפועל עליו.

חוק התנועה השלישי של ניוטון מתייחס לאינטראקציות בין שני אובייקטים. זה אומר שלכל פעולה יש תגובה שווה והפוכה. כאשר מפעילים כוח על עצם אחד, יש לו אותה השפעה על העצם שייצר את הכוח אך בכיוון ההפוך. לדוגמה, אם אתה קופץ מסירה קטנה למים, הכוח שאתה משתמש בו כדי לקפוץ קדימה למים גם ידחוף את הסירה לאחור. כוחות הפעולה והתגובה קורים בו זמנית.

יש ארבעה כוחות יסוד השולטים באינטראקציות של מערכות פיזיות. מדענים ממשיכים להמשיך בתיאוריה אחידה של כוחות אלה:

1. כבידה: הכוח הפועל בין המונים. כל החלקיקים חווים את כוח הכובד. אם אתה מחזיק כדור באוויר, למשל, מסת כדור הארץ מאפשרת לכדור ליפול בגלל כוח הכובד. או אם ציפור תינוק זוחלת מתוך הקן שלה, כוח הכבידה מכדור הארץ ימשוך אותו אל האדמה. בעוד שהגרביטון הוצע כחלקיק המתווך בכוח המשיכה, הוא טרם נצפה.

2. אלקטרומגנטית: הכוח הפועל בין מטענים חשמליים. החלקיק המתווך הוא הפוטון. לדוגמה, רמקול משתמש בכוח האלקטרומגנטי כדי להפיץ את הצליל, ומערכת נעילת הדלתות של הבנק משתמשת בכוחות אלקטרומגנטיים כדי לסגור את הדלתות של הכספת בחוזקה. מעגלי כוח במכשירים רפואיים כמו הדמיית תהודה מגנטית משתמשים בכוחות אלקטרומגנטיים, וכך גם מערכות התנועה המהירה המגנטית ביפן ובסין - המכונות "מגלב" לריחוף מגנטי.

3. גרעיני חזק: הכוח שמחזיק את גרעין האטום ביחד, מתווך על ידי גלונים הפועלים עליו קווארקים, עתיקות, והגלואונים עצמם. (גלון הוא חלקיק שליח הקושר קווארקים בתוך הפרוטונים והנויטרונים. קוורקים הם חלקיקים יסודיים שמשתלבים יחד ליצירת פרוטונים ונויטרונים, ואילו עתיקות זהות לקווארקים במסה אך הפוכים בתכונות חשמליות ומגנטיות.)

4. גרעיני חלש: הכוח המתווך על ידי החלפת W ו- Z בוזונים ונראה בהתפרקות בטא של נויטרונים בגרעין. (בוזון הוא סוג של חלקיק המציית לחוקים בסטטיסטיקה של בוס-איינשטיין.) בטמפרטורות גבוהות מאוד לא ניתן להבחין בין הכוח החלש והכוח האלקטרומגנטי.