oversigt
fysik definerer kraft som en indflydelse, der ændrer bevægelsen af en krop, det være sig ekstern bevægelse eller bevægelse i kroppen, såsom at ændre dens form. For eksempel, når en sten frigives, falder den ned, fordi den trækkes af Jordens tyngdekraft. Under påvirkningen bøjer det græsstråene, som det falder på — kraften i stenens vægt får dem til at bevæge sig og ændre deres form.
kraft er en vektor, hvilket betyder, at den har en retning. Når flere kræfter virker på et objekt og trækker det i forskellige retninger, kan disse kræfter være i ligevægt, hvilket betyder, at deres vektorsum er nul. I dette tilfælde vil objektet være i ro. Stenen fra det tidligere eksempel kan rulle, når den rammer jorden, men den vil til sidst stoppe. Tyngdekraften trækker den stadig ned, men samtidig skubber den normale kraft eller jordreaktionskraft stenen op. Nettosummen af disse kræfter er nul, de er i ligevægt, og stenen bevæger sig ikke.
si-kraftenheden er nyton. En nyton svarer til nettokraften, der accelererer et objekt med massen på et kilogram med en meter pr.
ligevægt
en af de første forskere, der undersøgte kræfter og skabte en model for deres interaktion med stof i universet, var Aristoteles. Ifølge hans model, hvis nettovektorsummen af de kræfter, der virker på et objekt, er nul, er kræfterne i ligevægtstilstanden, og objektet er stationært. Denne model blev senere korrigeret til at omfatte objekter, der bevæger sig med en konstant hastighed, når kræfterne er i ligevægt. Denne type ligevægt kaldes dynamisk ligevægt, mens den med objektet i hvile kaldes statisk ligevægt.
grundlæggende kræfter i universet
kræfter i naturen får objekter til at bevæge sig eller forblive på plads. Der er fire grundlæggende kræfter i naturen: stærk, elektromagnetisk, svag og gravitationel. Alle de andre kræfter er undergrupper af disse fire. I modsætning til elektriske og gravitationskræfter påvirker stærke og svage kræfter kun stof på det nukleare niveau. De arbejder ikke over store afstande.
stærk kraft
stærk kraft er den stærkeste af de fire kræfter. Det virker på elementerne i atomets kerne og holder neutroner og protoner sammen. Denne kraft bæres af gluoner og binder kvarker sammen for at danne større partikler. Kvarker danner neutroner, protoner og andre større partikler. Gluoner er mindre elementære partikler, som ikke har nogen underkonstruktion, og bevæger sig mellem kvarker som kraftbærere. Bevægelsen af gluoner skaber stærk kraft mellem kvarker. Dette er den kraft, der udgør stof i universet.
elektromagnetisk kraft
elektromagnetisk kraft er den næststærkeste kraft. Det er en interaktion mellem partikler med de modsatte eller de samme elektriske ladninger. Når to partikler har samme ladning, det vil sige, de er begge positive eller begge negative, afviser de hinanden. Hvis de på den anden side har den modsatte ladning, hvor man er positiv og man er negativ, tiltrækkes de af hinanden. Denne bevægelse af partikler, der er frastødt eller tiltrukket af andre partikler, er elektricitet — et fysisk fænomen, som vi bruger i vores daglige liv og i det meste af teknologien.
den elektromagnetiske kraft kan redegøre for kemiske reaktioner, lys og elektricitet samt interaktioner mellem molekyler, atomer og elektroner. Disse interaktioner mellem partikler er ansvarlige for de former, som faste genstande tager i verden. Den elektromagnetiske kraft forhindrer to faste genstande i at trænge ind i hinanden, fordi elektronerne i det ene objekt afviser elektronerne med den samme ladning af det andet objekt. Historisk blev elektriske og magnetiske kræfter behandlet som separate påvirkninger, men til sidst blev det opdaget, at de er beslægtede. De fleste objekter har en neutral ladning, men det er muligt at ændre ladningen af et objekt ved at gnide to objekter sammen. Elektronerne bevæger sig mellem de to materialer og tiltrækkes af de modsat ladede elektroner i det andet materiale. Dette vil efterlade flere af de samme ladningselektroner på overfladen af hvert objekt og dermed ændre den dominerende ladning af objektet generelt. For eksempel, hvis man gnider hår med en trøje og derefter løfter trøjen væk, vil håret stå op og “følge” trøjen. Dette skyldes, at elektroner på overfladen af håret tiltrækkes mere af atomerne på overfladen af trøjen end elektroner på overfladen af trøjen tiltrækkes af atomerne på overfladen af håret. Hår eller andre lignende ladede genstande vil også blive tiltrukket af de neutralt ladede overflader.
svag kraft
svag kraft er svagere end den elektromagnetiske. Ligesom gluoner bærer den stærke kraft, bærer bosoner den svage kraft. De er elementære partikler, der udsendes eller absorberes. Bosoner letter processen med radioaktivt henfald, mens Bosonerne ikke påvirker de partikler, de kommer i kontakt med, bortset fra overførsel af momentum. Kulstof dating, en proces til bestemmelse af organisk stofs alder, er mulig på grund af den svage kraft. Det bruges til at fastslå alderen på historiske artefakter og er baseret på evaluering af henfaldet af kulstof, der er til stede i dette organiske stof.
Tyngdekraft
gravitationsstyrken er den svageste af de fire. Det holder de astronomiske objekter i deres positioner i universet, er ansvarlig for tidevand og får objekter til at falde på jorden, når de frigives. Det er den kraft, der virker på objekter og tiltrækker dem til hinanden. Styrken af denne attraktion øges med objektets masse. Ligesom de andre kræfter antages det at være medieret af partikler, gravitoner, men disse partikler er endnu ikke blevet detekteret. Gravitation påvirker, hvordan astronomiske objekter bevæger sig, og bevægelsen kan beregnes ud fra massen af de omgivende objekter. Denne afhængighed tillod forskere at forudsige Neptuns eksistens ved at se Uranus bevægelse, før Neptun blev set i teleskopet. Dette skyldtes, at Uranus bevægelse var uforenelig med dens forudsagte bevægelse, baseret på de astronomiske objekter, der var kendt på det tidspunkt, derfor udledte forskere, at en anden planet, men alligevel uset, skal påvirke dens bevægelsesmønstre.
ifølge relativitetsteorien ændrer tyngdekraften også rumtidskontinuumet, det firedimensionelle rum, hvor alt, inklusive mennesker, eksisterer. Ifølge denne teori øges krumningen af rumtiden med masse, og på grund af det er det lettere at bemærke med objekter så store som planeter eller større i masse. Denne krumning blev bevist eksperimentelt og kan ses, når to synkroniserede ure sammenlignes, hvor man er stationær og man bevæger sig i en betydelig afstand langs en krop med en stor masse. For eksempel, hvis uret bevæges rundt om Jordens bane, som i Hafele–Keating-eksperimentet, vil den tid, det viser, være bag det stationære ur, fordi rumtidskrumningen får tiden til at køre langsommere for uret i bevægelse.
tyngdekraften får objekter til at accelerere, når de falder mod et andet objekt, og dette bemærkes, når forskellen i masse mellem de to er stor. Denne acceleration kan beregnes ud fra objektets masse. For genstande, der falder mod Jorden, er det omkring 9,8 meter pr.
tidevand
tidevand er eksempler på tyngdekraft i aktion. De er forårsaget af tyngdekraften fra Månen, Solen og Jorden. I modsætning til faste genstande kan vand let ændre form, når kræfter virker på det. Derfor når gravitationskræfter af Månen og solen virker på jorden, bliver jordoverfladen ikke trukket af disse kræfter så meget som vandet gør. Månen og Solen bevæger sig over himlen, og vandet på jorden følger dem og forårsager tidevand. De kræfter, der virker på vandet, kaldes tidevandskræfter; de er en række gravitationskræfter. Månen, der er tættere på Jorden, har en stærkere tidevandskraft sammenlignet med solen. Når Solens og Månens tidevandskræfter virker i samme retning, er tidevandet den stærkeste og kaldes en forårstid. Når disse to kræfter er i opposition, er tidevandet den svageste og kaldes en neap tidevand.
tidevand sker med en anden frekvens afhængigt af det geografiske område. Fordi månens og solens tyngdekraft trækker både vandet og hele planeten Jorden, forekommer der i nogle områder tidevand både når tyngdekraften trækker vandet og jorden i samme eller forskellige retninger. I dette tilfælde sker høj-og lavvande par to gange på en dag. På nogle områder sker dette kun en gang om dagen. Tidevandsmønstre på kysten afhænger af kystens form, de dybe havvandsmønstre og placeringen af Månen og solen samt samspillet mellem deres gravitationskræfter. På nogle steder kan varigheden af tiden mellem tidevand vare op til flere år. Afhængig af kysten og dybden af havet kan tidevand forårsage strømme, storme, ændringer i vindmønstre og udsving i lufttrykket. Nogle steder bruger specielle ure til at beregne, hvornår den næste tidevand vil ske. De er konfigureret ud fra tidevandsforekomsterne i området og skal omkonfigureres, når de flyttes til et andet sted. I nogle områder er tidevandsklokke ikke effektive, fordi tidevand ikke let kan forudsiges der.
tidevandsstyrken, der flytter vand til og fra kysten, bruges undertiden til at generere strøm. Tidevandsmøller har brugt denne kraft i århundreder. Den grundlæggende konstruktion har et vandreservoir, og vandet slipper ind ved højvande og ud ved lavvande. Det strømmende vands kinetiske energi bevæger møllens hjul, og den genererede effekt bruges til at udføre arbejde, for eksempel slibning af korn til mel. Mens der er en række problemer med dette system, herunder farer for økosystemet, hvor denne mølle er bygget, har denne metode til generering af energi potentiale, fordi det er en vedvarende og pålidelig strømkilde.
ikke-grundlæggende kræfter
de kræfter, der er derivater af de grundlæggende kræfter, kaldes ikke-grundlæggende kræfter.
Normal kraft
en af de ikke-grundlæggende kræfter er den normale kraft, som virker vinkelret på objektets overflade og skubber udad og modstår trykket fra andre objekter. Når et objekt placeres på en overflade, er størrelsen af den normale kraft lig med nettokraften, der presser mod overfladen. På en plan overflade, når andre kræfter end tyngdekraften er i ligevægt, er den normale kraft lig med tyngdekraften i størrelse og modsat i retning. Vektorsummen af de to kræfter er derefter nul, og objektet er stationært eller bevæger sig med en konstant hastighed. Når objektet er på en hældning, og andre kræfter er i ligevægt, peger summen af gravitations-og normale kræfter nedad (men ikke direkte ned, vinkelret på horisonten), og objektet glider ned langs hældningen.
friktion
friktion er en kraft parallelt med overfladen af en genstand og modsat dens bevægelse. Det sker, når to objekter glider mod hinanden (kinetisk friktion), eller når en stationær genstand placeres på en skrånende overflade (statisk friktion). Denne kraft anvendes ved indstilling af genstande i bevægelse, for eksempel hjul greb til jorden på grund af friktion. Uden det ville de ikke have været i stand til at drive køretøjer. Friktionen mellem dækets gummi og jorden er stærk nok til at sikre, at dækkene ikke glider langs jorden og giver mulighed for rullende bevægelse og bedre kontrol af bevægelsesretningen. Friktion af en rullende genstand, rullefriktion eller rullemodstand er ikke så stærk som den tørre friktion af to genstande, der glider mod hinanden. Friktion bruges til at stoppe ved brug af pauser — et køretøjs hjul bremses af tør friktion i disken eller tromlebremserne. I nogle tilfælde er friktion uønsket, fordi det nedsætter bevægelsen og slides ud mekaniske komponenter. Væsker eller glatte overflader bruges til at minimere friktion.
interessante fakta om kræfter
kræfter kan deformere faste genstande eller ændre volumen og tryk i væsker og gasser. Dette sker, når kræfter påføres ulige på forskellige dele af objektet eller stoffet. I nogle tilfælde, når der påføres tilstrækkelig kraft på en tung genstand, kan den komprimeres til en meget lille kugle. Hvis denne kugle er lille nok, mindre end en bestemt radius, kan der dannes et sort hul. Denne radius kaldes Chvartschild radius. Det varierer baseret på objektets masse og kan beregnes ved hjælp af en formel. Denne kugles volumen er så lille, at sammenlignet med objektets masse er det næsten nul. Fordi massen af sorte huller er så stærkt kondenseret, har de et ekstremt højt tyngdekraftstræk, så andre genstande ikke kan undslippe det, og heller ikke kan lyse. Sorte huller afspejler ikke noget lys, så de ser ud til at være helt sorte. Derfor kaldes de sorte huller. Forskere mener, at store stjerner i slutningen af deres liv bliver til sorte huller og kan vokse i masse ved at absorbere andre genstande, der er inden for en given radius.
