När vi trycker, drar, sparkar, lyfter, kastar, snärtar, slår, plockar, klämmer, trycker, blåser upp, öppnar och stänger ett föremål säger vi att en kraft appliceras på föremålet. Dessa handlingar är inget annat än att använda våld. Oavsett sättet att applicera kraften är de av bara två typer –
En extern agent som producerar rörelse i en kropp eller ändrar det befintliga tillståndet för rörelsen i en kropp kallas en kraft.
Exempel på push
- Vi trycker på dörren för att stänga eller öppna den
- Vi skjuter en vagn i en butik
- Vi skjuter en låda över rummet
Exempel på pull
- Vi lyfter en hink med vatten
- Vi drar i kylskåpsdörren för att öppna den
- Vi drar en stol för att sitta
Vi använder kraft för att gå, lyfta något föremål, kasta vad som helst, flytta ett föremål från dess plats, etc. Kort sagt, kraft finns i varje aktivitet vi gör. Genom att applicera kraft för vi vanligtvis vad som helst i rörelse eller i viloläge men inte alltid. Om vi till exempel applicerar kraft på en vägg så rör den sig inte.
Den punkt på kroppen där en kraft verkar kallas punkten där kraften appliceras.
En linje som dras genom kraftens appliceringspunkt i kraftens riktning kallas kraftens verkningslinje.
Effekter av kraft
Kraft har många effekter på objekten den appliceras på. Kraft kan bedömas utifrån de olika effekter den kan producera på föremålet den appliceras på.
- Kraften orsakar rörelse – Kraft kan få ett stationärt föremål i rörelse förutsatt att det inte finns någon annan kraft som hindrar rörelsen. Detta betyder att när en tillräcklig mängd kraft appliceras på ett icke-rörligt föremål så börjar föremålet röra sig i kraftens riktning. En förändring av ett objekts position kallas rörelse. Till exempel, när vi skjuter någon leksaksbil, rör den sig, eller så kan en låda som ligger på golvet flyttas genom att trycka på den, det vill säga genom att applicera kraft på den. Så när kraft appliceras kommer ett stationärt föremål i rörelse eller kraft ändrar positionen för ett stationärt föremål.
- Kraft ändrar hastigheten – Hastigheten på en rörlig kropp kan ändras genom att applicera kraft på den – genom att sätta kraft på gaspedalen kan hastigheten på en bil i rörelse ökas och genom att bromsa kan hastigheten antingen minskas eller så småningom till och med stoppa flyttande bil. När vi applicerar kraft i samma riktning som rörelsen ökar hastigheten. När vi applicerar kraft i motsatt riktning som rörelsens, minskar hastigheten.
- Kraftstoppsrörelse - Detta betyder att när vi applicerar kraft i motsatt riktning av rörelsen, kan det försätta ett rörligt föremål i vila. Till exempel kan en bil i rörelse stoppas genom att bromsa den. När vi försöker hålla bollen som kastas till oss med kraft större än kraften med vilken den kommer, stannar den.
- Kraft ändrar riktning – När en kraft appliceras i en vinkel på ett rörligt föremål, ändrar det riktningen på det rörliga föremålet. Till exempel, i en omgång tennis, när en spelare slår tillbaka bollen till spelaren på motsatt sida, ändrar kraften som appliceras på bollen dess riktning. En bil i rörelse ändrar riktning när kraft appliceras på dess ratt för att vrida den. I ett fotbollsspel ändrar spelarna riktningen för att röra sig på fotbollen genom att slå bollen med foten i vinkel.
- Kraft ändrar formen – När kraft appliceras på ett föremål ändras dess form och storlek. Till exempel, när en uppblåst ballong pressas, ändrar en kraft som appliceras sin form. När ett massivt stenblock hamras ändrar kraften som hammaren applicerar sin form för att göra en staty. När vi klämmer på en vattenflaska av plast ändrar en kraft som appliceras dess form och storlek.
Kraftens egenskaper
- Kraft beror på en interaktion mellan minst två objekt
- Det kan ändra ett objekts rörelsetillstånd
- Det kan ändra formen på ett föremål
- Krafter som appliceras på ett objekt i samma riktning adderas till varandra och resulterande är samma riktning
- När krafter appliceras på ett föremål i motsatt riktning är deras resulterande eller nettokraft skillnaden mellan dessa motsatta krafter och dess resulterande riktning är densamma som den för den större kraften.
- Om de två krafterna som verkar på ett föremål är lika stora men motsatta i riktning, är nettokraften som verkar på kroppen noll.
- Det är en vektorkvantitet och därför bör den specificeras genom att ange dess storlek och riktning.
- Om storleken eller riktningen eller båda ändras, ändras också kraftens effekt.
Typer av krafter:
- Balanserade kontra obalanserade krafter
- Krafter som verkar på ett föremål kan vara balanserade eller obalanserade.
- Balanserade krafter
Balanserade krafter är de där resultatet av applicerade krafter är lika med noll. De orsakar inte någon förändring i tillståndet för objektet det appliceras på, dvs objektet i vilket kraften appliceras tillståndet ändras inte från rörelse till vila eller vice versa, men balanserade krafter kan ändra formen och storleken på en objekt. Balanserade krafter är lika stora men motsatta i riktningarna. Balanserade krafter anses vara i ett tillstånd av jämvikt.
Till exempel, i armbrytning där det inte finns någon vinnare, är kraften som utövas av varje person lika stor, men de trycker i motsatt riktning. Den resulterande kraften (nettokraften) är noll. Eller, i en dragkamp, om det inte finns någon rörelse i repet, utövar de två lagen lika men motsatta krafter som är balanserade. Återigen är den resulterande kraften (nettokraften) noll.
När krafterna är balanserade sker ingen riktningsändring.
- Kombinerade krafter som är balanserade är alltid lika med noll.
- Balanserade krafter kan inte ändra ett föremåls rörelse eller riktning.
- En balanserad kraft håller ett föremål i rörelse med en konstant hastighet
En bok på bordet är ett exempel på en balanserad kraft. Kraften i bokens vikt motverkas av bordets normalkraft (stödkraft). De två krafterna är helt lika och motsatta.
Ett exempel på en balanserad kraft som håller ett föremål i rörelse med en konstant hastighet är farthållaren på en bil som försöker utjämna friktionskrafterna med en framåtkraft. När konstant hastighet har erhållits är de två kraftuppsättningarna helt lika och motsatta.
Obalanserade krafter
Till skillnad från balanserade krafter är obalanserade krafter de där den resulterande applicerade kraften är större än noll. De krafter som verkar på föremålet är inte lika och de gör alltid att ett föremåls rörelse ändrar hastigheten och/eller riktningen som det rör sig i.
När två obalanserade krafter utövas i motsatta riktningar är deras kombinerade kraft lika med skillnaden mellan de två krafterna. Nettokraftens storlek och riktning påverkar den resulterande rörelsen. Denna kombinerade kraft utövas i riktning mot den större kraften. Till exempel, om det ena laget drar hårdare än det andra i en dragkamp, blir den resulterande åtgärden (nettokraften) att repet ändrar sin rörelse i kraftens riktning med den större styrkan/storleken.
När obalanserade krafter utövas i samma riktning blir den resulterande kraften (nettokraften) summan av krafterna i den riktning som krafterna appliceras. Till exempel, om två personer drar i ett föremål samtidigt i samma riktning, kommer den applicerade kraften på föremålet att vara resultatet av deras kombinerade krafter.
När krafter verkar i samma riktning adderas deras krafter. När krafter verkar i motsatta riktningar, subtraheras deras krafter från varandra.
Obalanserade krafter gör också att ett objekt som inte rör sig ändrar sin rörelse
Om det inte finns någon nettokraft som verkar på föremålet ändras inte rörelsen. Om det finns en nettokraft som verkar på ett föremål, kommer föremålets hastighet att ändras i nettokraftens riktning.
Kontakt kontra beröringsfria krafter
Beroende på samspelet mellan en kraft och ett föremål klassificeras krafter som kontaktkrafter och icke-kontaktkrafter.
Kontaktkrafter: En kraft som endast kan appliceras när den är i kontakt med ett föremål kallas en kontaktkraft. Alla mekaniska krafter är kontaktkrafter t.ex. muskelkraft och friktionskraft.
Typer av kontaktkrafter:
- Tillämpad kraft – Kraft som beror på musklernas verkan kallas applicerad kraft. Det kallas också muskelkraft. Vi applicerar muskelkraft under det grundläggande dagliga arbetet i vårt liv som att andas, matsmälta, lyfta en hink, dra eller knuffa något föremål.
- Normalkraft – Det är en kontaktkraft mellan ytor. Den verkar alltid vinkelrätt mot ytorna och ut från ytan.
- Friktionskraft – När två föremål glider över varandra gnuggar de och trycker mot varandra. Denna tryckkraft kallas friktionskraft. Att till exempel tända en tändsticka eller stoppa en boll i rörelse kommer under friktionskraft.
- Spännkraft – En applicerad kraft där kraften appliceras genom ett snöre, kabel, rep etc. En spännkraft kan bara dra, den kan inte trycka. Vi brukar anta att spänningen i en kabel är densamma överallt på kabeln.
- Luftmotståndskraft - Detta är en speciell typ av friktionskraft som verkar på föremål när de färdas genom luften. Luftmotståndets kraft observeras ofta motverka ett föremåls rörelse. Kraften kommer vanligtvis att försummas på grund av dess försumbara storlek. Det märks mest för föremål som färdas i höga hastigheter (t.ex. en fallskärmshoppare eller en utförsåkare).
- Fjäderkraft - Kraft som utövas av en komprimerad eller sträckt fjäder är "fjäderkraft". Kraften som skapas kan vara ett tryck eller ett drag beroende på hur fjädern är fäst.
Beröringsfria krafter: En kraft som kan appliceras utan kontakt med två kroppar kallas en beröringsfri kraft, t.ex. magnetisk kraft, elektrostatisk kraft, gravitationskraft.
Typer av beröringsfria krafter
- En gravitationskraft är en kraft som försöker dra två föremål mot varandra. Allt som har massa har också en gravitationskraft. Ju mer massivt ett föremål är, desto starkare är dess gravitationskraft. Jordens gravitation är det som håller dig på marken och som får föremål att falla. Vattendroppar som faller ner från himlen är ett exempel på gravitationskraft. Äpplet som faller ner från trädet är det bästa och mest populära exemplet på en beröringsfri kraft.
- Den magnetiska kraften är den kraft som utövas av en magnet på magnetiska föremål. De existerar utan någon kontakt mellan två objekt. Till exempel dras järnstift när de är i närheten av en magnet utan någon fysisk kontakt.
- Den elektrostatiska kraften är den kraft som alla elektriskt laddade kroppar utövar på andra laddade kroppar. Det kan vara både attraktivt och frånstötande till sin natur baserat på kroppens laddning. Till exempel laddningen av håret och attraktionen av pappersbitar mot det.
- Kärnkraft är den kraft som håller samman atomer och deras partiklar.
Kraftfält
- Område eller utrymme där beröringsfria krafter som magnetisk kraft, gravitationskraft och elektrostatisk kraft verkar kallas ett kraftfält.
- Området som omger en magnet, där ett magnetiskt ämne upplever kraft kallas magnetfältet.
- Området som omger en elektrisk laddning, där ett elektriskt ämne upplever kraft kallas det elektriska fältet.
- Sålunda är ett kraftfält en påverkanssfär av beröringsfria krafter.
Kraft = Massa × Acceleration
Acceleration - Förändringen i ett objekts hastighet kallas acceleration. När ett föremål får fart är dess acceleration positiv; när hastigheten tappas är accelerationen negativ.
Massa - Varje föremål består av materia. Ju mer materia ett föremål har, desto större är det och desto mer massa har det.
Enligt Newtons andra rörelselag, tryck på ett föremål med en viss massa, och det accelererar baserat på mängden kraft och massa. En liten kraft med stor massa ger en långsam acceleration och en stor kraft med liten massa ger en snabb acceleration. Detta betyder att en kraft på noll på vilken massa som helst ger noll acceleration. Om föremålet står stilla förblir det stilla; om den rör sig, fortsätter den att röra sig i samma hastighet och riktning.
