Δύναμη

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια

Δύναμη χαρακτηρίζεται οποιαδήποτε εκδηλούμενη έλξη ή άπωση. Είναι η αιτία που προκαλεί κάθε μεταβολή της κινητικής κατάστασης των σωμάτων επιταχύνοντας ή επιβραδύνοντάς τα. ή την κατεύθυνση αυτών ή και την παραμόρφωση αυτών.

Η δύναμη είναι σχετικά αόρατη με αισθητά όμως τ΄ αποτελέσματά της, περιγράφηκε για πρώτη φορά σαν έννοια από τον Αρχιμήδη, όμως η θεωρητική της θεμελίωση και η μαθηματική της περιγραφή έγινε από τον Νεύτωνα τον 17ο αιώνα, με τους νόμους της κίνησης που φέρουν μέχρι και σήμερα το όνομά του.

Αν κάποιο ελεύθερο σώμα δεχθεί κάποια δύναμη έλξης ή άπωσης τούτο θα κινηθεί προς ορισμένη κατεύθυνση, αν όμως το σώμα δεν μπορεί να κινηθεί τότε μπορεί να υποστεί παραμόρφωση (επιμήκυνση ή συμπίεση). Ένα σώμα μπορεί να δεχθεί ταυτόχρονα πολλές δυνάμεις το αποτέλεσμα των οποίων θα είναι η συνισταμένη αυτών. Όταν όμως οι δυνάμεις αυτές εξουδετερώνονται μεταξύ τους τότε λέγεται ότι το σώμα βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας.

Πίνακας περιεχομένων

1 Παραδείγματα
2 Περιγραφές
- 2.1 H Δύναμη στην ειδική σχετικότητα
3 Δύναμη και δυναμικό
4 Είδη δυνάμεων
- 4.1 Δείτε επίσης

[Επεξεργασία] Παραδείγματα

Μια δύναμη μπορεί να παραμορφώσει ένα σώμα: για παράδειγμα, όταν πιέζουμε μια σφαίρα πλαστελίνης με τα δάκτυλά μας. Μπορεί να μεταβάλει την κίνηση του: χτυπώντας ένα ακίνητο σώμα η σπρώχνοντας το, το αναγκάζουμε να κινηθεί, ενώ η δύναμη που ασκείται στα φρένα ενός αυτοκινήτου προκαλεί την επιβράδυνσή του.

[Επεξεργασία] Περιγραφές

Ο Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα, μας λέει ότι η συνολική δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα ισούται με τη μάζα του σώματος επί την επιτάχυνση του:

$\vec F=m\cdot \vec a \,$

Από την παραπάνω σχέση, και από τον ορισμό της επιτάχυνσης

$\vec a = \frac{d\vec u}{dt}$

συνάγεται πως η μεταβολή της ορμής ενός σώματος με το χρόνο οφείλεται σε κάποια δύναμη:

$\vec F=\frac{d\vec p}{dt} \,$

H συνισταμένη δύο δυνάμεων ισούται με μια τρίτη δύναμη που φέρει τα ίδια αποτελέσματα με τις άλλες δύο και σύμφωνα με τον νόμο των συνημιτόνων υπολογίζεται από τη σχέση

$F^2=F_1^2+F_2^2+2F_1F_2cos{\phi} \,$

όπου $F_1 \,$ , $F_2 \,$ οι δυνάμεις, και $\phi \,$ η μεταξύ τους γωνία.

[Επεξεργασία] H Δύναμη στην ειδική σχετικότητα

Στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, οι ενέργεια και η μάζα είναι ισοδύναμες. Όταν η ταχύτητα ενός σώματος αυξάνεται, αυξάνεται και η ενέργειά του και κατά συνέπεια και η μάζα του. Έτσι, χρειάζεται όλο και μεγαλύτερη δύναμη για να επιταχυνθεί ένα σώμα, καθώς αυξάνεται η ταχύτητά του. Ο ορισμός $\vec F = d\vec p /dt \,$ ισχύει ακόμη, μόνο που χρησιμοποιείται η σχετικιστική μορφή της ορμής:

$\vec{p} = \frac{m\vec{v}}{\sqrt{1 - v^2/c^2}}$

όπου

v

είναι η ταχύτητα και

c

είναι η ταχύτητα του φωτός.

[Επεξεργασία] Δύναμη και δυναμικό

Αντί της δύναμης, χρησιμοποιείται συχνά η έννοια του δυναμικού, η οποία διευκολύνει την περιγραφή του προβλήματος. Για παράδειγμα, η βαρυτική δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα, μπορεί να περιγραφεί και ως το αποτέλεσμα του βαρυτικού πεδίου που βρίσκεται στο σημείο όπου βρίσκεται το σώμα. Ανάμεσα στη δύναμη και στο δυναμικό $U(\vec r) \,$ ισχύει η σχέση:

$\vec{F}=-\vec{\nabla} U$

Οι δυνάμεις μπορούν να χωριστούν σε διατηρητικές (ή συντηρητικές) και μη διατηρητικές. Οι διατηρητικές δυνάμεις είναι αυτές που είναι ισοδύναμες με την κλίση ενός δυναμικού, όπως είναι η βαρύτητα και η ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Παράδειγμα μη διατηρητικής δύναμης είναι η τριβή.

[Επεξεργασία] Είδη δυνάμεων

Υπάρχει μεγάλο πλήθος δυνάμεων στη φύση: η βαρύτητα, οι ηλεκτρικές και οι μαγνητικές δυνάμεις, η τριβή, η τάση είναι μόνο μερικές από αυτές. Όμως, μόνο τέσσερις δυνάμεις θεωρούνται σήμερα θεμελιώδεις:

Όλες οι υπόλοιπες δυνάμεις δε θεωρούνται θεμελιώδεις και μπορούν να οριστούν και να αναχθούν στις παραπάνω τέσσερις δυνάμεις.