Δύναμη

Η παρουσία δύναμης σε ένα κινούμενο φορτίο προκαλεί αλλοίωση στην κατάσταση ενός σώματος. Επηρεάζει μια κίνηση να ξεκινήσει, να ολοκληρωθεί ή να επιταχυνθεί λόγω της δύναμης που λειτουργεί το σύμπαν σχετικά με την προοδευόμενη χρονική κλίμακα.

Το Force έχει απολαύσει μεγάλη προσοχή από πολλούς επιστήμονες που έχουν υπάρξει μεταξύ χιλιετιών. Αυτό το άρθρο είναι αφιερωμένο στη συζήτηση πολλών εννοιών που σχετίζονται με τη δύναμη από τη σκοπιά της Φυσικής. Στόχος μας είναι να εισαγάγουμε την εξέλιξη της έννοιας, τους τύπους των δυνάμεων και τη θεωρία της ενοποίησής τους μέσω αυτού του υλικού μελέτης δυνάμεων.

Εξέλιξη της έννοιας της δύναμης

Η αιτία της κίνησης και της κατεύθυνσης του σώματος που πέφτει ελεύθερα προς τη γη ενδιαφέρει πάντα τους επιστήμονες. Η ιδέα χρονολογείται από τον Αριστοτέλη όταν έδωσε νόμους της κίνησης. Πρότεινε ότι:

1. Τα βαρύτερα αντικείμενα έπεφταν πιο γρήγορα.

2. Τα αντικείμενα υπήρχαν σε φυσική κατάσταση όπου τα γήινα αντικείμενα παρέμεναν στον φλοιό και τα ουράνια αντικείμενα παρουσίαζαν κυκλική κίνηση.

3. Υπήρχε μια φυσική και βίαιη κίνηση.

Προχωρώντας στην ιστορία, ο Αρχιμήδης μελέτησε το θέμα και πρότεινε την αρχή του Αρχιμήδη, τον νόμο του μοχλού, τους Καταπέλτες του Αρχιμήδη και τη Βίδα του Αρχιμήδη. Μετά ήρθε ο Πτολεμαίος και ο Κοπέρνικος, οι οποίοι μελέτησαν τα ουράνια σώματα συμβάλλοντας στο θέμα της βαρύτητας.

Επιπλέον, τα έργα του Κέπλερ απέδειξαν ότι κάποια μυστηριώδης δύναμη προσέλκυε τα ουράνια σώματα. Επιπλέον, επιστήμονες όπως ο Galileo και ο Newton προσδιόρισαν περαιτέρω τις αρχές της βαρύτητας. Αργότερα επιστήμονες πρότειναν με επιτυχία νόμους της κίνησης και της βαρύτητας, παρέχοντας μια σαφή εικόνα της έννοιας.

Το θέμα της Φυσικής πήρε τεράστια τροπή με την εμφάνιση της Κβαντικής Μηχανικής όταν ο Αϊνστάιν πρότεινε τη θεωρία της σχετικότητας και ανακάλυψε τα Βαρυτικά κύματα. Από την άλλη πλευρά, οι Coulomb, Ampere, Faraday, Pauli, Hertz, Tesla, Thomson και Maxwell οδηγούν στην ανάπτυξη του ηλεκτρομαγνητισμού.

Τύπος δύναμης

Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα, ο οποίος δηλώνει ότι η δύναμη που ασκείται σε ένα αντικείμενο είναι ευθέως ανάλογη με τη μεταβολή της ορμής, παίρνουμε:

F ∝ dp/dt

Εδώ, p =mv (γραμμική ορμή). Αντικαθιστώντας την τιμή, παίρνουμε:

F ∝ d(mv)/dt

F =k mdv/dt

Εδώ σταθερά k =1, άρα έχουμε:

F =mdv/dt

Εφόσον ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας είναι ίσος με την επιτάχυνση, παίρνουμε dvdt=a

F =ma

Αυτός είναι ο γενικός τύπος της δύναμης που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο. Η μονάδα δύναμης SI πήρε το όνομά της από τον Issac Newton.

Σύμβολο δύναμης:F

Μονάδα SI:Newton

Γενικός τύπος

F =ma, 

m=μάζα

a =επιτάχυνση

Διάσταση:MLT-2

Οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης

Βαρυτική δύναμη

Για να το θέσω απλά, η βαρυτική δύναμη είναι η ελκτική δύναμη που υπάρχει μεταξύ των αντικειμένων που φέρουν μια μάζα. Υπονοεί ότι όσο πιο βαριά είναι τα αντικείμενα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη. Αυτή η ιδέα προτάθηκε από τον Νεύτωνα, ο οποίος έδωσε το Νόμο της Βαρύτητας:

«Τα σώματα μαζών βιώνουν μια δύναμη έλξης μεταξύ τους. Το μέγεθος είναι ευθέως ανάλογο με το γινόμενο των μαζών τους και αντίστροφο προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.»

F =GMm/r2

Ηλεκτρομαγνητική Δύναμη

Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη προκύπτει από δύο δυνάμεις, τις ηλεκτρικές και τις μαγνητικές δυνάμεις. Το φορτίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο που προκαλεί μια δύναμη σε ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο που εισέρχεται στην περιοχή πεδίου. Η δύναμη μπορεί να είναι απωστική ή ελκυστική ανάλογα με την ομοιότητα και τη διαφορά των φορτίων, αντίστοιχα.

Το μαγνητικό στοιχείο αρχίζει να υπάρχει όταν το φορτίο βιώνει κίνηση. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη λοιπόν υπάρχει όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο κινείται έτσι ώστε το ηλεκτρικό του συστατικό να μην ακυρώνεται.

Ισχυρή πυρηνική δύναμη

Είναι μια δύναμη μικρής εμβέλειας που υπάρχει στους πυρήνες των ατόμων. Αυτός ο τύπος δύναμης υπάρχει μόνο σε μικρές αποστάσεις. Υπονοεί ότι θα δεσμεύσει μόνο τα σωματίδια εντός ενός συγκεκριμένου εύρους.

Λόγω αυτής ακριβώς της δύναμης, τα νουκλεόνια υπάρχουν κοντά το ένα στο άλλο. Αυτή η δύναμη είναι αρκετά ισχυρή για να υπερνικήσει την απωστική δύναμη Coulomb μεταξύ των πρωτονίων.

Ασθενής πυρηνική δύναμη

Η εφαρμογή ασθενούς πυρηνικής δύναμης είναι παρατηρήσιμη σε αντιδράσεις ραδιενεργού διάσπασης και σύντηξης. Είναι μια δύναμη μικρής εμβέλειας που αλλάζει τη μορφή των υποατομικών σωματιδίων και προκαλεί τη διάσπασή τους.

Αυτή η δύναμη απονέμεται ως η τροφοδοτική δύναμη για τον ήλιο. Η αλλαγή στα σωματίδια συμβαίνει όταν πλησιάζουν το ένα στο άλλο περισσότερο από ένα συγκεκριμένο εύρος. Καθώς διασχίζουν αυτό το εύρος, ανταλλάσσουν σωματίδια που φέρουν δύναμη που ονομάζονται μποζόνια. Με αυτήν την ανταλλαγή, αλλάζουν μορφή.

Θεωρία της Ενοποίησης

Αυτή η θεωρία υποστηρίζει ότι τα πάντα περιορίζονταν σε μια ενιαία μάζα πριν από τη μεγάλη έκρηξη. Επομένως, οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις ήταν επίσης ενοποιημένες και υπήρχαν ως μία δύναμη υπεύθυνη για τη δέσμευση όλης της ύλης ως μία οντότητα. με τη μεγάλη έκρηξη και το σχηματισμό διαστάσεων και συμπάντων, αυτές οι δυνάμεις έφτυσαν και επεκτάθηκαν σε κάθε περιοχή και διάσταση.

Οι επιστήμονες επιμένουν να αντλούν στοιχεία που καταλήγουν στη συγχώνευση αυτών των δυνάμεων. Για να πλαισιώσει ένα μαθηματικό συμπέρασμα, οι πληροφορίες για τα σωματίδια-φορείς απαιτούν ανακάλυψη. Τα σωματίδια-φορείς της βαρυτικής δύναμης δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί. Για το σκοπό αυτό, επιστήμονες όπως ο Carlo Rovelli και ο Michio Kaku εργάζονται πάνω στην Κβαντική Βαρύτητα για να προσδιορίσουν τα θεμελιώδη στοιχεία προέλευσης.

Συμπέρασμα

Η αιτία και το αποτέλεσμα ήταν πάντα θέματα ενδιαφέροντος για τους επιστήμονες. Κατανοούμε ότι η δύναμη σε ένα κινούμενο φορτίο είναι ένα σύστημα υπεύθυνο για την αλλαγή και τη διατήρηση των καταστάσεων διαφορετικών αντικειμένων στο σύμπαν μέσω αυτού του υλικού μελέτης δύναμης. Κατά τη διάρκεια της ιστορίας, πολλά κομμάτια έρευνας για τις δυνάμεις έχουν γίνει εμπνευσμένα από αυτήν ακριβώς την έννοια.

Οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης περιλαμβάνουν τη βαρυτική δύναμη, την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, την ισχυρή πυρηνική δύναμη και την ασθενή πυρηνική δύναμη. Αυτές οι δυνάμεις έχουν μελετηθεί ότι υπήρχαν σε ενοποίηση πριν δημιουργηθεί το πολυσύμπαν. Οι επιστήμονες αναζητούν μαθηματικά στοιχεία που σχετίζονται με την έννοια της ενοποίησης.