力は、物体の動きを変化させる相互作用を定量的に表したものです。物体は、力に反応して加速したり、減速したり、方向を変えたりすることがあります。別の言い方をすれば、力とは、物体の動きを維持または変更したり、歪めたりする傾向のあるすべてのアクションです。オブジェクトは、それらに作用する力によって押されたり引っ張られたりします。
接触力は、2 つの物理的物体が互いに直接接触するときに加えられる力として定義されます。重力や電磁気力などの他の力は、空の真空の空間を横切っても作用する可能性があります。
重要ポイント:重要な用語
- 力: オブジェクトの動きを変化させる相互作用の説明。記号 F で表すこともできます。
- ニュートン: 国際単位系 (SI) における力の単位。記号 N で表すこともできます。
- 連絡先: 物体同士が接触したときに生じる力。接触力は、張力、ばね、垂直反力、摩擦、空気摩擦、重量の 6 種類に分類できます。
- 非接触力: 2 つの物体が接触していないときに発生する力。これらの力は、重力、電気、磁気の 3 つのタイプに分類できます。
力の単位
力はベクトルです。方向と大きさの両方があります。力の SI 単位はニュートン (N) です。 1 ニュートンの力は 1 kg * m/s2 に相当します (「*」記号は「倍」を表します)。
力は、速度の変化率として定義される加速度に比例します。計算用語では、力は時間に関する運動量の導関数です。
接触力と非接触力
宇宙には、接触力と非接触力の 2 種類の力があります。接触力は、名前が示すように、ボールを蹴るなど、オブジェクトが互いに接触するときに発生します。一方のオブジェクト (足) がもう一方のオブジェクト (ボール) に接触します。非接触力とは、物体が互いに接触しない力です。
接触力は、次の 6 つのタイプに分類できます。
- 緊張: ひもをきつく引っ張るなど
- 春: ばねの 2 つの端を圧縮するときに加えられる力など
- 通常の反応: 1 つの物体が、ブラックトップで跳ね返るボールなど、加えられた力に反応する場所
- 摩擦: ブラックトップの上を転がるボールなど、オブジェクトが別のオブジェクトを横切って移動するときに加えられる力
- 空気摩擦: ボールなどの物体が空中を移動するときに発生する摩擦
- 体重: 重力によって物体が地球の中心に向かって引っ張られる場所
非接触力は、次の 3 つのタイプに分類できます。
- 重力: これは 2 つの物体間の引力によるものです
- 電気: これは、2 つの体に存在する電荷によるものです
- 磁気: これは、2 つの磁石の反対の極が互いに引き付けられるなど、2 つの物体の磁気特性が原因で発生します
力とニュートンの運動の法則
力の概念は、もともとアイザック ニュートン卿が運動の 3 つの法則で定義したものです。彼は重力を、質量を持つ物体間の引力として説明しました。ただし、アインシュタインの一般相対性理論における重力は力を必要としません。
ニュートンの運動の第一法則 外力が加わらない限り、物体は一定の速さで動き続けるということです。動いている物体は、力が作用するまで動き続けます。これが慣性です。何かが作用するまで、スピードを上げたり、減速したり、方向を変えたりしません。たとえば、ホッケーのパックを滑らせると、氷上の摩擦により最終的に止まります。
ニュートンの運動の第 2 法則 は、質量が一定の場合、力は加速度 (運動量の変化率) に正比例すると述べています。一方、加速度は質量に反比例します。たとえば、地面に投げられたボールを投げると、下向きの力がかかります。それに応じて、地面が上向きの力を加え、ボールが跳ね返ります。この法則は、力の測定に役立ちます。 2 つの要素がわかっていれば、3 つ目の要素を計算できます。また、物体が加速している場合、物体には力が作用している必要があることも知っています。
ニュートンの運動の第 3 法則 2 つのオブジェクト間の相互作用に関連します。それは、すべてのアクションに対して、等しく反対の反応があることを示しています。ある物体に力を加えると、その力を加えた物体にも同じ効果が生じますが、方向は逆になります。たとえば、小さなボートから水に飛び込むと、前方に飛び込む力でボートが後方に押し出されます。作用力と反力は同時に発生します。
基本的な力
物理システムの相互作用を支配する 4 つの基本的な力があります。科学者は、これらの力の統一理論を追求し続けています:
<強い>1.重力: 質量の間に作用する力。すべての粒子は重力を受けます。たとえば、ボールを空中に持ち上げると、地球の質量により、ボールは重力によって落下することができます。または、ひな鳥が巣から這い出すと、地球からの重力によってひな鳥が地面に引き寄せられます。重力子は重力を媒介する粒子として提案されていますが、まだ観測されていません.
<強い>2.電磁: 電荷間に働く力。媒介粒子は光子です。たとえば、拡声器は電磁力を使用して音を伝播し、銀行のドア ロック システムは電磁力を使用して金庫室のドアをしっかりと閉めます。磁気共鳴画像法などの医療機器の電力回路は電磁力を使用し、日本と中国の磁気高速輸送システム (磁気浮上の「マグレブ」と呼ばれる) も同様です。
<強い>3.強力な核: クォーク、反クォーク、およびグルーオン自体に作用するグルオンによって媒介される、原子核を一緒に保持する力。 (グルオンは、陽子と中性子内のクォークを結合するメッセンジャー粒子です。クォークは結合して陽子と中性子を形成する基本的な粒子ですが、反クォークはクォークと質量は同じですが、電気的および磁気的特性が反対です。)
<強い>4.弱い核: W ボソンと Z ボソンの交換によって媒介される力で、核内の中性子のベータ崩壊で見られます。 (ボソンは、ボーズ アインシュタイン統計の規則に従う粒子の一種です。) 非常に高温では、弱い力と電磁力は区別できません。
