Jõud on interaktsiooni kvantitatiivne kirjeldus, mis põhjustab muutuse objekti liikumises. Objekt võib kiirus üles, aeglustada või suuna muutmiseks reageerida jõule. Teisisõnu, jõud on mis tahes toiming, mis kipub keha liikumist säilitama või muutma või moonutama. Objekte lükkavad või tõmbavad neid mõjutavad jõud.
Kontaktjõud on jõud, mis avaldub kahe füüsilise objekti kokkupuutel üksteisega. Muud jõud, näiteks gravitatsioon ja elektromagnetilised jõud, võivad avaldada mõju isegi tühja ruumi vaakumis.
Key Takeaways: peamised tingimused
- Jõud: Objekti liikumises muutust põhjustava interaktsiooni kirjeldus. Seda võib tähistada ka sümboliga F.
- Newton: Jõuühik rahvusvahelises ühikute süsteemis (SI). Seda võib tähistada ka sümboliga N.
- Kontaktjõud: Jõud, mis toimuvad, kui objektid üksteisega kokku puutuvad. Kontaktjõud võib liigitada kuut tüüpi: pingejõud, vedru, normaalne reaktsioon, hõõrdumine, õhuhõõrdejõud ja kaal.
- Kontaktivabad jõud: Jõud, mis toimuvad siis, kui kaks objekti ei puutu kokku. Neid jõude saab liigitada kolme tüüpi: gravitatsioonilised, elektrilised ja magnetilised.
Jõuühikud
Jõud on a vektor; sellel on nii suund kui ka suurusjärk. Jõu SI ühik on njuuton (N). Üks jõu jõe njuuton on võrdne 1 kg * m / s2 (kus sümbol * tähistab korda).
Jõud on võrdeline kiirendus, mis on määratletud kui kiiruse muutumise kiirus. Kalkulatsioonis on jõud tuletatud impulss aja suhtes.
Kontakt vs. Kontaktivaba jõud
Universumis on kahte tüüpi jõude: kontakt- ja mittekontaktsed. Kontaktnimed, nagu nimigi viitab, toimuvad siis, kui objektid üksteisega kokku puutuvad, näiteks palli löövad: Üks objekt (teie jalg) puudutab teist eset (kuul). Kontaktivabad jõud on need, kus objektid ei puutu üksteisega kokku.
Kontaktjõud võib liigitada kuue erineva tüübi järgi:
- Pingeline: näiteks nööri tihedaks tõmbamiseks
- Kevad: nagu jõud, mis avaldub vedru kahe otsa kokkusurumisel
- Normaalne reaktsioon: kus üks keha reageerib sellele avaldatavale jõule, näiteks mustale pinnale põrgatav pall
- Hõõrdumine: jõud, mis avaldub objekti liikumisel üle teise, näiteks kuul, mis veereb üle musta pinna
- Õhu hõõrdumine: hõõrdumine, mis tekib siis, kui mõni objekt, näiteks pall, liigub läbi õhu
- Kaal: kus keha tõmmatakse gravitatsiooni tõttu Maa keskpunkti poole
Kontaktivabad jõud saab liigitada kolme tüüpi:
- Gravitatsiooniline: mis on tingitud kahe keha vahelisest gravitatsioonilisest külgetõmbest
- Elektriline: mis on tingitud kahes kehas esinevatest elektrilaengutest
- Magnetiline: mis ilmneb kahe keha magnetiliste omaduste tõttu, näiteks kui kahe magneti vastaspoolused on üksteise vastu tõmmatud
Jõu ja Newtoni liikumisseadused
Jõu mõiste määratles algselt Sir Isaac Newton tema kolm liikumisseadust. Ta seletas gravitatsioon kui atraktiivne jõud nende kehade vahel, kes valdasid mass. Ent gravitatsioon sees Einsteini üldrelatiivsus ei vaja jõudu.
Newtoni esimene liikumisseadus ütleb, et objekt jätkab liikumist püsikiirusel, kui sellele ei mõju väline jõud. Liikuvad objektid jäävad liikuma, kuni neile mõjub jõud. See on inerts. Nad ei kiirenda, aeglusta ega muuda suunda, kuni midagi neile reageerib. Näiteks kui libistate hokikere, peatub see lõpuks jääl hõõrumise tõttu.
Newtoni teine liikumisseadus ütleb, et jõud on konstantse massi korral kiirendusega (impulsi muutumise kiirusega) võrdeline. Vahepeal on kiirendus pöördvõrdeline massiga. Näiteks kui viskate maapinnale visatud palli, avaldab see allapoole suunatud jõudu; maapind avaldab vastusena ülespoole suunatud jõudu, mis põhjustab kuuli põrkumist. See seadus on kasulik jõudude mõõtmiseks. Kui teate kahte tegurit, võite arvutada kolmanda. Samuti teate, et kui objekt kiireneb, peab sellel olema jõud.
Newtoni kolmas liikumisseadus on seotud kahe objekti vahelise interaktsiooniga. Selles öeldakse, et igal toimingul on võrdne ja vastupidine reaktsioon. Kui jõudu rakendatakse ühele objektile, avaldab see jõule tekitatavale objektile sama mõju, kuid vastupidises suunas. Näiteks kui hüppate vette väike paadilt maha, lükkab vette edasi hüpates kasutatav jõud ka paadi tahapoole. Tegevus- ja reaktsioonijõud toimuvad samal ajal.
Põhijõud
Seal on neli põhijõud mis reguleerivad füüsiliste süsteemide vastastikmõjusid. Teadlased jätkavad nende jõudude ühtse teooria väljatöötamist:
1. Gravitatsioon: jõud, mis toimib masside vahel. Kõik osakesed kogevad raskusjõudu. Kui hoiate näiteks palli õhus püsti, laseb Maa mass kuulil raskusjõu mõjul kukkuda. Või kui beebilind indekseerib oma pesast välja, tõmbab maakera raskusjõud selle maapinnale. Ehkki gravitatsiooni on pakutud gravitatsiooni vahendava osakesena, pole seda veel täheldatud.
2. Elektromagnetiline: jõud, mis toimib elektrilaengute vahel. Vahendav osake on footon. Näiteks valjuhääldi kasutab heli levitamiseks elektromagnetilist jõudu ja panga uste lukustussüsteem kasutab elektromagnetilisi jõude, et aidata võlviuksed tihedalt kinni panna. Meditsiiniliste instrumentide, näiteks magnetresonantstomograafia, vooluahelad kasutavad elektromagnetilisi jõude, nagu ka Jaapani ja Hiina magnetilised kiirsiirdesüsteemid, mida magnetilise levitatsiooni jaoks nimetatakse "magleviks".
3. Tugev tuumamaterjal: jõud, mis hoiab aatomi tuuma koos ja mida vahendavad mõjutavad gluonid kvargid, antikvaarid ja gluoonid ise. (Gluon on messenger-osake, mis seob prootonites ja neutronites kvarke. Kvargid on põhiosakesed, mis moodustuvad prootonite ja neutronite moodustamiseks, samas kui antikvaarid on identsed massi järgi moodustatud kvarkidega, kuid elektriliste ja magnetiliste omaduste poolest vastupidised.)
4. Nõrk tuum: jõud, mida vahendab W ja Z vahetamine bosonid ja seda täheldatakse tuumas neutronite beeta lagunemisel. (Boson on osakeste tüüp, mis järgib Bose-Einsteini statistika reegleid.) Väga kõrgetel temperatuuridel on nõrk jõud ja elektromagnetiline jõud eristamatud.