概要
物理学は、力を身体の動きを変化させる影響として定義しています。 たとえば、石が解放されると、それは地球の重力によって引っ張られるために落ちます。 衝撃の間、それはそれが落ちる草の刃を曲げます—石の重量の力はそれらを動かして形を変えています。
力はベクトルであり、方向を持つことを意味します。 いくつかの力が物体に作用し、それを異なる方向に引っ張っているとき、これらの力は平衡状態にあり、それらのベクトル和はゼロであることを意 この場合、オブジェクトは静止しています。 前の例の石は地面に当たった後に転がるかもしれませんが、最終的には停止します。 重力の力はまだそれを引っ張っていますが、同時に通常の力、または地面の反力が石を押し上げています。 これらの力の正味の合計はゼロであり、平衡状態にあり、石は動いていません。
力のSI単位はニュートンです。 一つのニュートンは、二乗毎秒一メートルで一キログラムの質量を持つ物体を加速する正味の力に対応しています。
平衡
力を調査し、宇宙における物質との相互作用のモデルを作成した最初の科学者の一人はアリストテレスでした。 彼のモデルによれば、物体に作用する力の正味のベクトル和がゼロであれば、力は平衡状態にあり、物体は静止している。 このモデルは、力が平衡状態にあるときに一定の速度で移動する物体を含むように後に修正されました。 このタイプの平衡は動的平衡と呼ばれ、物体が静止しているものは静的平衡と呼ばれます。
宇宙における基本的な力
自然界における力は、物体を移動させたり、所定の位置にとどまる。 自然界には4つの基本的な力があります：強い、電磁気、弱い、重力。 他のすべての力は、これらの4つのサブセットです。 電気力や重力とは異なり、強い力と弱い力は核レベルでのみ物質に影響を与えます。 彼らは大きな距離では動作しません。
強勢
強勢は四勢力の中で最も強い。 それは原子の核の要素に作用し、中性子と陽子を一緒に保ちます。 この力はグルオンによって運ばれ、クォークを結合してより大きな粒子を形成する。 クォークは、中性子、陽子、および他のより大きな粒子を形成する。 グルーオンは、基礎構造を持たないより小さな素粒子であり、力のキャリアとしてクォーク間を移動する。 グルーオンの動きは、クォーク間に強い力を作り出します。 これは宇宙の物質を構成する力です。
電磁力
電磁力は二番目に強い力です。 これは、反対の電荷または同じ電荷を有する粒子間の相互作用である。 二つの粒子が同じ電荷を有する場合、すなわち、それらが両方とも正であるか、または両方とも負である場合、それらは互いに反発する。 一方、それらが反対の電荷を有し、一方が正であり、他方が負である場合、それらは互いに引き付けられる。 他の粒子にはじかれたり引き寄せられたりするこの粒子の動きは、私たちが日常生活やほとんどの技術で使用する物理的な現象である電気です。
電磁力は、化学反応、光、電気、分子、原子、電子の相互作用を説明することができます。 これらの粒子間の相互作用は、固体の物体が世界で取る形状の原因となります。 電磁力は、一方の物体の電子が他方の物体の同じ電荷の電子を反発させるため、二つの固体物体が互いに浸透するのを防止する。 歴史的には、電気力と磁気力は別々の影響として扱われていましたが、最終的にはそれらが関連していることが発見されました。 ほとんどの物体は中性電荷を持っていますが、2つの物体を一緒にこすることによって物体の電荷を変えることができます。 電子は2つの材料の間を移動し、他の材料の反対に帯電した電子に引き寄せられます。 これにより、各物体の表面に同じ電荷電子がより多く残り、物体全体の支配的な電荷が変化する。 たとえば、セーターで髪をこすり、セーターを持ち上げた場合、髪は立ち上がってセーターに”追従”します。 これは、セーターの表面上の電子が髪の表面上の原子に引き寄せられるよりも、セーターの表面上の電子がセーターの表面上の原子に引き寄せられるためである。 毛髪または他の同様に帯電した物体もまた、中性に帯電した表面にも引き付けられる。
弱い力
弱い力は電磁力よりも弱い。 グルーオンが強い力を運ぶのと同じように、WボソンとZボソンは弱い力を運ぶ。 それらは放出または吸収される素粒子である。 Wボソンは放射性崩壊の過程を促進するが、Zボソンは運動量を移動させる以外は、接触する粒子に影響を与えない。 炭素年代測定は、有機物の年齢を決定するプロセスであり、弱い力のために可能である。 これは、歴史的な人工物の時代を確立するために使用され、この有機物中に存在する炭素の崩壊を評価することに基づいています。
重力は四つの中で最も弱い。 それは天体を宇宙の位置に保ち、潮の原因となり、放出されたときに物体が地面に落ちる原因となります。 それは、オブジェクトに作用し、それらを互いに引き付ける力です。 この引力の強さは、物体の質量とともに増加する。 他の力と同様に、粒子、重力子によって媒介されると考えられているが、これらの粒子はまだ検出されていない。 重力は天体がどのように動くかに影響し、周囲の物体の質量に基づいて運動を計算することができます。 この依存関係により、科学者は海王星が望遠鏡で見られる前に天王星の動きを見ることによって海王星の存在を予測することができました。 これは、天王星の動きが当時知られていた天体に基づいて予測された動きと矛盾していたため、科学者たちは、まだ目に見えない別の惑星がその動きのパターンに影響を与えているに違いないと推測したためであった。
相対性理論によれば、重力は時空の連続体、つまり人間を含むすべてのものが存在する四次元空間も変化させます。 この理論によれば、時空の曲率は質量とともに増加し、そのため、惑星ほど大きな質量以上の物体では気づく方が簡単です。 この曲率は実験的に証明され、一つは静止しており、一つは大きな質量を持つ体に沿ってかなりの距離にわたって移動する二つの同期時計を比較したときに見ることができる。 例えば、Hafele–Keating実験のように、時計が地球の軌道の周りを移動すると、時空の曲率が動いている時計の時間を遅くするため、時計が示す時間は静止時計の後ろになります。
重力により物体が他の物体に向かって落下すると加速し、これは両者の質量の差が大きい場合に顕著である。 この加速度は、物体の質量に基づいて計算することができます。 地球に向かって落下する物体の場合、それは毎秒約9.8メートルの2乗です。
潮
潮が作用する重力の例です。 それらは、月、太陽、地球の重力によって引き起こされます。 固体の物体とは対照的に、水は力が作用すると簡単に形を変えることができます。 したがって、月と太陽の重力が地球に作用するとき、地表は水のようにこれらの力によって引っ張られません。 月と太陽が空を横切って移動し、地球上の水がそれらに続き、潮を引き起こします。 水に作用する力は潮汐力と呼ばれ、さまざまな重力です。 地球に近い月は、太陽に比べて強い潮汐力を持っています。 太陽と月の潮汐力が同じ方向に作用するとき、潮が最も強く、春の潮と呼ばれます。 これら二つの力が反対にあるとき、潮は最も弱く、neap潮と呼ばれています。
潮汐は地域によって異なる頻度で発生します。 月と太陽の重力が水と地球全体の両方を引っ張るので、重力が水と地球を同じ方向または異なる方向に引っ張るときに、いくつかの地域で潮が起こ この場合、高潮と干潮のペアは1日に2回発生します。 一部の地域では、これは一日に一度だけ起こります。 海岸の潮汐パターンは、海岸の形状、深海の潮汐パターン、月と太陽の位置、およびそれらの重力の相互作用に依存する。 いくつかの場所では、潮の間の時間の持続時間は数年まで続くことができます。 海岸線や海の深さに応じて、潮の流れ、嵐、風のパターンの変化、および空気圧の変動を引き起こす可能性があります。 いくつかの場所は、次の潮がいつ起こるかを計算するために特別な時計を使用します。 それらは、その地域の潮汐発生に基づいて構成され、別の場所に移動するときに再構成する必要があります。 いくつかの地域では、潮汐時計は潮汐がそこで容易に予測できないので効果的ではありません。
海岸との間で水を移動させる潮汐力が発電に使われることがあります。 潮の工場は何世紀にもわたってこの力を使用してきました。 基本的な構造には貯水池があり、満潮時には水が入り、干潮時には水が出ます。 流れる水の運動エネルギーはミルの車輪を動かし、生成された電力は、穀物を小麦粉に粉砕するなどの作業を行うために使用される。 このシステムには、この工場が建設されている生態系への危険性を含む多くの問題がありますが、再生可能で信頼性の高い電力源であるため、このエネル
非基本的な力
基本的な力の導関数である力を非基本的な力と呼びます。
法線力
非基本的な力の一つは、法線力であり、物体の表面に垂直に作用し、他の物体からの圧力に抵抗し、外側に押し出す。 物体が表面上に置かれたとき、法線力の大きさは表面に押し付けられた正味の力に等しい。 平らな面では、重力以外の力が平衡状態にあるとき、法線力は大きさが重力に等しく、方向が反対です。 この場合、2つの力のベクトル和はゼロであり、オブジェクトは一定の速度で静止または移動しています。 物体が傾斜上にあり、他の力が平衡状態にあるとき、重力力と法線力の合計は下向き（ただし、水平線に垂直ではない）を指し、物体は傾斜に沿って下に滑
摩擦
摩擦は物体の表面に平行で運動とは反対の力です。 これは、2つの物体が互いに摺動しているとき（運動摩擦）、または静止した物体が傾斜面に置かれているとき（静的摩擦）に発生します。 この力は、例えば、車輪が摩擦により地面にグリップするなど、物体を動かすときに使用される。 それがなければ、彼らは車を推進することができなかったでしょう。 タイヤのゴムと地面との間の摩擦は、タイヤが地面に沿って摺動していないことを確実にするのに十分強く、転がり運動および運動方向のより良い制御を可能にする。 転がり物体の摩擦、転がり摩擦または転がり抵抗は、互いに摺動する二つの物体の乾燥摩擦ほど強くない。 摩擦は壊れ目の使用との停止で使用されます—車の車輪はディスクまたはドラムブレーキの乾燥した摩擦によって減速します。 いくつかのケースでは、摩擦は運動を遅くし、機械的部品を消耗するため、望ましくない。 液体か滑らかな表面が摩擦を最小にするのに使用されている。
力についての興味深い事実
力は固体物体を変形させたり、液体や気体の体積や圧力を変化させることができます。 これは、物体または物質の異なる部分に力が不均等に加えられた場合に発生します。 場合によっては、重い物体に十分な力が加えられると、非常に小さな球に圧縮することができます。 この球が十分に小さく、特定の半径よりも小さい場合、ブラックホールを形成することができる。 この半径はシュヴァルツシルト半径と呼ばれます。 これは、オブジェクトの質量に基づいて変化し、式を使用して計算することができます。 この球の体積は非常に小さく、物体の質量と比較してほぼゼロです。 ブラックホールの質量は非常に凝縮されているので、他の物体がそれを逃れることができず、どちらも光を放つことができないように、彼らは非常に高 ブラックホールは光を反射しないので、完全に黒いように見えます。 これがブラックホールと呼ばれる理由です。 科学者たちは、人生の終わりに大きな星がブラックホールに変わり、与えられた半径内にある他の物体を吸収することによって質量が成長すると信じ
