Isaac Newton gav den bästa beskrivningen av länkarna mellan kraft och rörelse i sina tre kända lagar, och lärande om dem är en viktig del av lärarfysiken. De berättar vad som händer när en kraft appliceras på en massa, och definierar också nyckelbegreppet kraft. Om du vill förstå förhållandet mellan kraft och rörelse är de första två av Newtons lagar de viktigaste att överväga, och de är lätta att ta tag i. De förklarar att en förändring från att flytta till inte flytta eller vice versa kräver en obalanserad kraft och att rörelsen är proportionell mot kraftens storlek och omvänt proportionell mot objektets massa.
TL ; DR (för länge, inte läst)
Om det inte finns någon kraft, eller om de enda krafterna är perfekt balanserade, kommer ett föremål antingen stilla eller fortsätta att flytta med exakt samma hastighet. Endast obalanserade krafter orsakar förändringar i objektets hastighet, inklusive ändring av dess hastighet från noll (dvs stillastående) till mer än noll (rörelse).
Newtons första lag: obalanserade styrkor och rörelse
Newtons första lag säger att ett föremål antingen kommer att ligga i vila (inte i rörelse) eller i rörelse i exakt samma hastighet och i exakt samma riktning om inte det uppträder av en "obalanserad" kraft. I enklare termer står det att någonting rör sig bara om något annat trycker på det, och att saker bara stannar, ändrar riktning eller börjar röra sig snabbare om någonting trycker på det.
Förstå betydelsen av "obalanserad kraft" förtydligar detta lag. Om två krafter verkar på ett föremål, trycker man på det till vänster och det andra trycker det till höger, kommer det bara att rör sig om en av krafterna är större än den andra. Om de har exakt samma styrka, kommer objektet bara att vara var det är.
Ett sätt att föreställa sig detta är att tänka på en uppsättning vågar, med vikter på vardera sidan. Vikterna dras ned av gravitationen, och det enda som påverkar hur mycket gravitation drar dem är hur mycket massa det finns. Om du har samma mängd massa på båda sidor stannar skalan fortfarande. Skalan rör sig bara om du bokstavligen gör den obalanserad i termer av massa. Skillnaden i massor innebär att krafterna som verkar på båda sidor av skalan är obalanserade, och så ska skalan flyttas.
Att tänka på konstant rörelse med samma hastighet är svårare eftersom du inte stöter på detta i dag-till -dagligt liv. Tänk på vad som skulle hända om du hade en leksaksbil sitter på en perfekt slät (friktionsfri) yta och det fanns ingen luft i rummet. Bilen skulle stanna kvar om den inte pressades, som beskrivits ovan. Men vad händer efter push? Det finns ingen friktion med ytan för att sakta ner det och ingen luft för att sakta ner den. Ytan balanserar tyngdkraften (av något som kallas "normal reaktion", relaterad till Newtons tredje lag), och det finns inga krafter som verkar på det från vänster eller höger. I denna situation skulle bilen fortsätta åka i samma hastighet längs ytan. Om ytan var oändligt lång skulle bilen fortsätta att röra sig med den hastigheten för evigt.
Newtons andra lag: Vad är kraft?
Newtons andra lag definierar begreppet kraft. Det står att kraften som tillämpas på ett objekt är lika med sin massa multiplicerat med den acceleration som kraften orsakar. I symboler är detta:
F = ma
Enhetsenheten är Newton - för att bekräfta den person som definierade den - vilket är ett kortfattat sätt att säga kilogram-meter per sekund kvadrat (kg m /s 2). Om du har en 1 kg massa, och du vill accelerera den med 1 m /s varje sekund, måste du tillämpa en kraft på 1 N.
a = F ÷ m
Acceleration, till vänster, berättar hur mycket som rör sig. Den högra sidan visar att en större kraft leder till mer rörelse, om objektets massa är densamma. Om en specifik kraft tillämpas, visar denna ekvation också att mängden acceleration beror på den massa du försöker flytta. Ett större, tyngre objekt rör sig mindre än ett mindre, lättare föremål som utsätts för samma storlek. Om du sparkar en fotboll kommer den att flytta mycket mer än om du sparkar en bowlingboll med samma styrka.
