Force | fysiikka
Fysiikassa voima on kappaleiden välinen työntö- tai vetovoima. Sitä kutsutaan vuorovaikutukseksi, koska jos yksi esine vaikuttaa toiseen, toinen esine reagoi siihen. Tämä ajatus tunnetaan Newtonin kolmantena lakina, jossa vaikutus ja reaktio ovat "yhtä suuret ja vastakkaiset" (matching). Esineet ovat vain asioita, joiden välillä voima vaikuttaa. Erilaiset voimat vaikuttavat erityyppisten esineiden välillä. Esimerkiksi painovoima vaikuttaa sellaisten kappaleiden välillä, joilla on massaa, kuten auringon ja maan välillä. Toinen esimerkki on sähkömagneettinen voima, joka vaikuttaa varauksellisten kohteiden, kuten elektronin ja atomin ytimen, välillä. Painovoima ja sähkömagneettinen voima ovat kaksi esimerkkiä voimista.
Voima muuttaa kappaleen tilaa (jokin fysikaalinen suure muuttuu) tai tarkkaan ottaen kahden kappaleen tilaa, koska voima on vuorovaikutusta. Voima saa esimerkiksi aikaan sen, että vaikutuksen kohteena olevaa esinettä työnnetään tai vedetään tiettyyn suuntaan. Tämä muuttaa kappaleen impulssia. Voimat saavat kohteet kiihtymään, lisäävät kohteen kokonaispainetta, muuttavat suuntaa tai muuttavat muotoaan. Voiman voimakkuus mitataan newtonseina (N). Fysiikassa on neljä perusvoimaa.
Voima on aina työntö, veto tai kierto, ja se vaikuttaa kohteisiin työntämällä niitä ylöspäin, vetämällä niitä alaspäin, työntämällä niitä sivulle tai muuttamalla niiden liikettä tai muotoa jollakin muulla tavalla.
Newtonin toinen laki
Newtonin toisen liikkeen lain mukaan voiman määrityskaava on:
jossa
on kappaleen massa
ja on kappaleen kiihtyvyys.
Hänen toisen lainsa mukaan voima on yhtä suuri kuin impulssin muutos (massa kertaa nopeus) ajan muutosta kohti. Momentti määritellään siten, että kappaleen massa m kertaa sen nopeus V.
Paino
Painovoima on kiihtyvyys. Kaikkea, jolla on massaa, vedetään kohti Maata kiihtyvyyden vuoksi. Tämä vetovoima on voima, jota kutsutaan painoksi.
Yllä olevasta yhtälöstä voidaan muuttaa standardipainovoimaksi g, jolloin saadaan kaava maan painovoimasta:
jossa paino,
on esineen massa,
ja on painovoiman aiheuttama kiihtyvyys merenpinnan tasolla. Se on noin .
Tämän kaavan mukaan, kun tiedät esineen massan, voit laskea, kuinka suuri voima painovoiman vaikutuksesta kohdistuu esineeseen. Tämän kaavan käyttäminen edellyttää, että olet maan päällä. Jos olet kuussa tai jollakin muulla planeetalla, voit käyttää kaavaa, mutta g on erilainen.
Voima on vektori, joten se voi olla voimakkaampi tai heikompi ja se voi myös osoittaa eri suuntiin. Painovoima osoittaa aina alaspäin maahan (jos et ole avaruudessa).
Gravitaatiovoima
Toinen yhtälö, joka kertoo jotain painovoimasta, on:
on voima; on gravitaatiovakio, jota käytetään osoittamaan, miten painovoima kiihdyttää kappaletta; on yhden kappaleen massa; on toisen kappaleen massa; ja on kappaleiden välinen etäisyys.
Tätä yhtälöä käytetään laskettaessa, miten maa liikkuu auringon ympäri ja miten kuu liikkuu maan ympäri. Sitä käytetään myös laskettaessa, miten muut planeetat, tähdet ja avaruuden kohteet liikkuvat.
Yhtälö kertoo, että jos kaksi esinettä on hyvin painavia, niiden välillä on voimakas voima, joka johtuu painovoimasta. Jos ne ovat hyvin kaukana toisistaan, voima on heikompi.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on voima?
A: Voima on esineiden välinen työntö tai veto. Se on vuorovaikutus, joka syntyy, kun yksi esine vaikuttaa toiseen esineeseen ja sen toimintaan vastaa toisen esineen reaktio.
K: Miten Newtonin kolmas laki selittää voimat?
V: Newtonin kolmannen lain mukaan vaikutus ja reaktio ovat "yhtä suuret ja vastakkaiset" (vastakkaiset). Tämä tarkoittaa, että kun yksi kappale vaikuttaa toiseen, toinen kappale reagoi samalla mutta vastakkaisella tavalla.
K: Minkälaisten esineiden välillä eri voimat vaikuttavat?
V: Erilaiset voimat vaikuttavat erityyppisten esineiden välillä. Esimerkiksi painovoima vaikuttaa sellaisten kohteiden välillä, joilla on massaa, kuten aurinko ja maa, kun taas sähkömagneettinen voima vaikuttaa sellaisten kohteiden välillä, joilla on varaus, kuten elektronit ja atomit.
K: Miten voima muuttaa esineen tilaa?
V: Voima muuttaa kappaleen tilaa aiheuttamalla sen työntämisen tai vetämisen tiettyyn suuntaan, mikä muuttaa sen liikemäärää, kiihdyttää sitä, lisää sen kokonaispainetta, muuttaa sen suuntaa tai muotoa jollakin muulla tavalla.
K: Miten voiman voimakkuus mitataan?
V: Voiman voimakkuus mitataan newtoneina (N).
K: Kuinka monta perusvoimaa fysiikassa on?
V: Fysiikassa on neljä perusvoimaa.
K: Millä tavoin voimat voivat vaikuttaa kappaleisiin?
V: Voimat voivat vaikuttaa kappaleisiin työntämällä niitä ylöspäin, vetämällä niitä alaspäin, työntämällä niitä sivuun tai muuttamalla niiden liikettä tai muotoa muulla tavoin.