힘 - 개념, 특징, 단위, 유형 및 예
물리학에서 힘이 무엇인지, 그 특성과 종류를 각 이론에 따라 설명합니다. 또한, 측정 방법과 다양한 예도 나와 있습니다.
움직임이 시작되거나 멈추려면 힘이 필요합니다.
힘이란 무엇입니까?
기술적인 용어로, 힘은 물체나 입자 의 운동량 이나 주어진 모양을 수정할 수 있는 크기입니다 . 노력이나 에너지 의 개념과 혼동되어서는 안 됩니다 .
일반적으로 힘의 개념은 운동 법칙으로 알려져 있고 1687년에 Principia Mathematica 에서 출판된 Isaac Newton(1642-1727)의 원리 에 의해 확립된 고전 역학 의 용어로 설명됩니다 .
고전역학에 따르면 물체에 가해지는 힘은 직선 경로, 균일한 변위 등 운동 상태의 변화와 가속 (또는 감속) 을 초래 합니다. 게다가 물체에 작용하는 모든 힘은 동일한 힘을 생성하지만 방향은 반대입니다.
우리는 일반적으로 일상 생활에서 힘에 대해 이야기하지만 물리학 처럼 이 단어를 반드시 사용할 필요는 없습니다 . 힘은 물리학에 의해 연구되며, 이에 따르면 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력이라는 네 가지 기본 힘이 양자 수준 에서 인식됩니다 .
반면, 뉴턴(또는 고전) 역학에는 마찰력, 중력 , 구심력 등과 같이 식별할 수 있는 다른 힘이 많이 있습니다 .
참조: 물리학의 힘
강도 특성
힘은 에너지 와 밀접하게 관련된 물체 간의 상호 작용 강도를 설명하는 물리적 실체로 생각할 수 있습니다 .
고전 역학에서 모든 힘은 크기와 방향 으로 구성되므로 벡터 로 표시됩니다 . 이는 스칼라 양이 아니라 벡터 양이라는 것을 의미합니다.
힘의 종류
아인슈타인에 따르면 거대한 물체는 시공간을 휘게 만든다.
힘의 성격과 초점에 따라 여러 유형이 있습니다.
뉴턴 역학에 따르면:
마찰력 . 무거운 물체를 밀어서 움직일 때 감지할 수 있듯이 신체의 움직임 변화에 반대하여 정지 상태 또는 움직임 상태를 벗어나는 데 저항 하는 힘입니다 .
중력. 물체 덩어리가 가까운 물체에 가하여 물체를 자기 쪽으로 끌어당기는 힘입니다 . 이 힘은 상호 작용하는 물체의 전부 또는 일부가 매우 클 때 두드러집니다. 탁월한 예는 지구 와 그 표면에 사는 물체와 존재 입니다. 그들 사이에는 인력을 끌어당기는 중력이 있습니다.
전자기력. 전자기장의 상호 작용에 의해 생성되는 인력과 척력입니다.
다음 사항에 관해 이야기할 수도 있습니다.
힘을 접촉하십시오. 이는 한 신체와 다른 신체 사이의 직접적인 물리적 접촉으로 인해 가해지는 힘입니다.
멀리서 힘을 가하세요. 신체 사이에 물리적인 접촉이 없이도 발휘할 수 있는 힘입니다.
상대론적 역학이나 아인슈타인 역학에 따르면:
중력. 이는 거대한 물체가 주위의 공간 - 시간을 휘어지게 하여 작은 물체가 궤도를 벗어나 접근하도록 할 때 존재하는 것처럼 보이는 힘입니다 .
전자기력. 로렌츠 힘의 표현에 따라 물질 의 하전 입자에 전자기장이 가하는 힘입니다 .
양자역학에 따르면:
중력. 한 질량이 다른 질량에 가하는 힘으로, 한 방향(인력)으로만 약한 힘이지만 장거리에서는 효과적입니다.
전자기력 . 이는 전하를 띤 입자와 이들이 생성하는 전자기장에 영향을 미치는 힘으로, 분자 결합을 가능하게 하는 힘입니다. 중력보다 강하고 두 가지 감각(흡인-반발)을 가지고 있습니다.
강력한 핵력. 원자핵 을 안정적으로 유지하고 중성자 와 양성자를 함께 유지하는 힘입니다 . 전자기보다 강렬하지만 범위가 훨씬 짧습니다.
약한 핵력. 방사성 붕괴를 담당하는 힘으로, 강력한 핵력보다 훨씬 작은 범위에서 아원자 물질의 변화를 실행할 수 있습니다.
힘 단위
국제 시스템 에 따르면 힘은 위대한 영국 물리학자를 기리기 위해 뉴턴(N)이라는 단위로 측정됩니다 . 이 단위는 100,000다인에 해당하며 1킬로그램의 질량 에 1초 동안 가해지는 힘의 양 으로 이해되어 초당 1미터의 속도를 얻습니다 . 즉, 다음과 같습니다.
1N = (1kg x 1m) / 1초 2
뉴턴에는 다음과 같은 다른 미터법 시스템에 대한 다른 단위가 있습니다.
1킬로그램 힘 또는 킬로폰드는 9.81N과 같습니다.
1파운드 힘은 4.448222N과 같습니다.
근력은 어떻게 측정되나요?
오늘날 디지털 화면을 사용하는 경우에도 다양한 모델의 동력계가 있습니다.
동력계는 힘을 측정하는 데 이상적인 장치입니다 . 물체의 무게를 계산하는데도 사용됩니다 . 이것은 스프링 균형과 유사한 방식으로 스프링의 늘어남과 Hooke의 탄성 법칙을 사용하여 Isaac Newton 자신이 발명했습니다.
최신 버전의 동력계는 동일한 원리를 따르며 원통형 본체 끝에 후크 또는 링이 있으며 내부에는 스프링 역할을 하는 스프링 또는 나선형이 있습니다. 한쪽 끝에서 힘 측정이 표시됩니다(어떤 경우에는 디지털 화면에 표시될 수도 있음).
힘의 예
우리 주변에는 끊임없이 힘을 발휘하는 사례가 있습니다. 물체를 들어올리기 위해 물체에 근력을 가함으로써 우리는 중력을 극복하고 있습니다. 냉장고와 같은 거대한 물체를 어깨로 밀면 중력 뿐만 아니라 움직임을 방해하는 마찰력도 극복해야 합니다 .
냉장고 자석을 붙일 때도 자기력 이 자석을 고정시키기 때문에 같은 현상이 발생 하지만, 같은 극으로 다른 자석에 접근하면 희미한 반발력이 나타나는데, 이는 동일한 성질의 또 다른 특징입니다. 힘.
힘과 움직임
힘과 운동은 서로 밀접하게 연관되어 있습니다. 첫째, 힘은 움직임을 시작, 중지 또는 수정할 수 있는 것이기 때문입니다 .
예를 들어, 야구공이 배트를 칠 때, 타자의 힘은 두 번째 타자에게 가해져 궤도를 바꾸고(공이 일반적으로 정지해 있기 때문에 처음에 투수가 가한 힘과 동일함) 필드를 향해 멀리 던집니다.
변위와 동일한 방향 으로 물체에 힘이 있을 때마다 해당 힘에 의해 수행된 일이 있게 됩니다 . 이 움직임이 일어나기 위해 필요한 일은 몸을 움직이는 데 필요한 에너지와 같습니다. 힘의 유형과 움직임의 유형에 따라 다양한 수학 공식을 사용하여 이를 계산할 수 있습니다.
계속: 운동
중력
중력은 다른 힘을 통해 순간적으로 극복될 수 있습니다.
중력은 질량 이 주위의 물질에 작용하는 인력으로 , 강도는 질량에 비례하고 질량을 분리하는 거리에 반비례합니다.
사실, 태양은 표면에 사는 우리를 끌어당기는 것과 같은 힘으로 멀리서부터 우리 행성을 끌어당깁니다. 점프할 때처럼 중력은 순간적으로 극복될 수 있지만 결국에는 중력에 굴복하게 됩니다. 자유롭게 솟아오르는 모든 것은 반드시 무너집니다.
분자간 힘
이는 분자를 함께 유지 하여 관련된 원자 의 특성에 직접적으로 의존하여 더 큰 질량을 가진 더 복잡한 구조를 형성하는 것입니다 . 이것이 분자간 결합 또는 원자 결합이라고도 알려진 이유입니다. 이러한 힘은 반 데르 발스 힘(Van der Waals Forces) 또는 수소 다리(Hydrogen Bridges) 의 두 가지 유형이 될 수 있습니다 .
계속하기: 역학
