Что такое сила? Каков его источник или происхождение?

Многие примеры в вашем вопросе касаются объектов, прилагающих силу, когда они остановлены. Итак, первая часть ответа об этом.

1. Существует уравнение импульса Сила х время = изменение импульса

где$v$- конечная скорость и$u$- начальная скорость.

Как вы можете видеть, изменение количества движения включает в себя массу, а также изменение скорости, поэтому пуля, когда она попадает во что-то, создает большую силу, но то же самое делает и более массивный молот, даже когда он движется медленнее.

Если вам интересно, как сила передается от движущегося объекта к объекту, в который он попадает, то это примерно так: движущийся объект сначала останавливается с одной стороны, в то время как другая сторона продолжает двигаться, таким образом, движущийся объект сжимается. Затем он давит на объект, в который попадает, пытаясь принять свою обычную форму.

Сила, которую оказывают эти объекты, зависит от времени, в течение которого они были остановлены, поэтому удар молотка по матрацу в среднем будет оказывать на матрац меньшее усилие (но в течение более длительного времени), чем если бы молоток ударил по стене.

2. Определение СИ Ньютона, единица силы - это «сила, которая придает массе в один килограмм ускорение один метр в секунду в секунду», поэтому на самом деле она определяется вторым законом Ньютона.

   $$F=ma$$

3. Могут быть и другие объяснения того, что такое сила, но они станут довольно философскими, например, чтобы определить силу, возможно, нам нужно определить и понять инерцию и ее причину, но это все еще обсуждается сегодня.

Здесь есть что распаковать, но в основном в игре участвуют два разных явления.

1. Энергия.

А именно кинетическая энергия или энергия, приобретаемая объектом просто потому, что он движется (относительно другого объекта). Если объект массы$m$движется со скоростью$v$, это кинетическая энергия$E$является:

Итак, энергия, переносимая объектом вследствие его движения или скорости$v$увеличивается с его массой, но он увеличивается намного быстрее с его скоростью:

• Объект$10$раз массивнее ($m1 = 10m$) имеет в десять раз больше кинетической энергии при заданной скорости, чем объект массой$m$.
• Объект, который$10$раз быстрее($v1 = 2 v$) имеет в сто раз больше энергии, чем объект массы$m$: $$T1 = m .v1^2 = m (v.10)^2 = m. v^2 100 = 100. T$$

Вот почему пуля вреднее камня: она легче, но быстрее.

Когда движущийся объект сталкивается с другим объектом, объект, по которому происходит удар, замедляет его и получает, таким образом, часть энергии налетающего объекта, передаваемую взамен.

Если объект тяжелый и/или движется быстро, он будет передавать много энергии объекту при ударе.

Это передача энергии, которая повредит объект на принимающей стороне, потому что он поглотит его.

То же самое можно было бы объяснить и с точки зрения силы (можно продемонстрировать, что эти два объяснения математически эквивалентны).

Чтобы ускорить предмет, привести его в движение или увеличить скорость, к нему нужно приложить силу.

В терминах Ньютона ускорение ($a$), сила ($f$) и масса ($m$) связаны следующим образом:

То же верно и для замедления (технически это то же самое, что и ускорение, только с обратным знаком).

Другими словами, чем сильнее тормозится объект, тем больше силы он будет воздействовать на объект, замедляющий его, в соответствии с законом Ньютона (1), приведенным выше.

2. Давление.

Вторая причина, по которой пуля потенциально опаснее камня, заключается в силе на единицу поверхности или давлении.

Если объект оказывает давление на другой объект, то чем больше поверхность, по которой распространяется данное давление, тем меньше энергии он сможет передать энергии в точном месте.

Пуля, имеющая ту же массу и ту же скорость, что и резиновый мяч гораздо большего размера, нанесет гораздо больший урон при ударе, потому что ее кинетическая энергия будет передана на гораздо меньшую площадь. Вот почему нож или топор должны быть острыми, чтобы быть эффективными (иначе сила распространяется (и, следовательно, ее эффект) на большую площадь).

Сила – это изменение импульса. Импульс, в свою очередь, является сохраняющейся величиной, поэтому он не может изменяться изолированно. Любое изменение импульса одного объекта связано с равным и противоположным изменением импульса какого-либо другого объекта. Другими словами, импульс передается от одного объекта к другому, а это означает, что силы действуют парами.

Когда два объекта могут обмениваться импульсами, мы называем это взаимодействием. Взаимодействия обычно опосредованы некоторым полем и соответствующим «зарядом». Два объекта с зарядами одного и того же типа могут обмениваться импульсами, если один из них возбуждает поле, а другой поглощает это возбуждение.

Конечно, это упрощение, и детали могут запутаться на квантовом уровне. Есть три взаимодействия тел, и различие между полями и объектами становится незначительным. Но это дает представление о том, что такое силы.

В ваших примерах с молотком и пулей эти взаимодействия опосредованы электромагнитными взаимодействиями очень малого радиуса действия. Мы называем такие взаимодействия «контактными силами». Когда пуля или молоток воздействуют на цель, импульс пули или молотка уменьшается, а импульс цели увеличивается на ту же величину. Упомянутый вами ущерб больше связан с энергией, чем с импульсом, но передача энергии - это мощность (или работа), а не сила.

Сила — не самое простое для понимания понятие. Вероятно, лучше перечислить различные свойства силы, чем пытаться дать краткое определение. Я попытался составить список таким образом, чтобы он давал связную общую концепцию силы.

• Сила – это толчок или тяга, действующие на тело. Некоторые посмеются над этим утверждением, назвав его расплывчатым и тавтологичным, но, по крайней мере, оно исключает такие утверждения, как «электричество — это сила».

• Сила имеет направление, а также величину или размер. Это векторная величина.

• Сила, действующая на тело A, действует на другое тело B. [Я толкаю вас, машина тянет прицеп...]

• Мы можем сказать, что существует взаимодействие между A и B. Это взаимодействие оказывает симметричное воздействие на A и B. Это означает, что...

• Если тело A действует на тело B с силой, то B действует на A с равной и противоположной силой (третий закон движения Ньютона).

• Существуют различные типы взаимодействия. Сила, с которой Земля действует на яблоко, и сопутствующая равная и противоположная сила, с которой яблоко действует на Землю, являются так называемыми гравитационными силами. Контактные силы, такие как направленная вверх сила, с которой обеденный стол воздействует на тарелку, и сила, направленная вниз, с которой тарелка действует на стол, в своей основе являются электромагнитными.

• Если на тело действует более одной силы, результирующая сила представляет собой векторную сумму отдельных сил.

• Всякий раз, когда на тело действует ненулевая равнодействующая сила, скорость тела будет изменяться. Скорость изменения скорости (то есть ускорение) пропорциональна результирующей силе (и обратно пропорциональна массе тела) . В согласованном наборе единиц это воплощено в известном уравнении$\textbf F = m \textbf a$. [В большинстве случаев это эквивалентно уравнению импульса,$m \mathbf v - m \mathbf u =\mathbf F t$.]

Давайте теперь посмотрим на случай с вашим брошенным молотком. Ясно, что сила, которую он оказывает, является не просто свойством молотка, потому что, если тело, в которое я его швыряю, движется прочь, молот будет оказывать на него меньшее усилие или, возможно, вообще не будет действовать. Или, может быть, цель мягкая, как подушка; сила будет намного меньше, чем если бы объект был жестким. В этом случае замедление молота (скорость изменения скорости) будет небольшим и$\textbf F = m \textbf a$показывает, что сила на подушке будет небольшой. Помните, что у нас есть взаимодействие между молотом и телом, по которому он бьет. При этом взаимодействии молоток действует на тело с силой, а тело действует на молоток с равной и противоположной силой.

Надеюсь, это помогло.

Сила исходит из Энергии через выполняемую Работу.

Это передача Энергии, которую обычно мы не можем видеть и не знаем точно, что такое «энергия», а только наблюдаем ее влияние на другие вещи.

Один из таких эффектов мы называем силой. Другие могут быть «передачей тепла».

Когда передача энергии достигает порога, мы можем наблюдать изменения, часто мы описываем некоторые из этих передач как силу; такие как физическая сила (которая обычно сопровождается упругостью), электромагнитная/магнитная, гравитационная.

Если вы хотите головокружительную. Спросите, откуда берется сила, если два магнита, удерживаемые на разной высоте, но рядом друг с другом, и первоначально (t = 0) удерживаемые с одной и той же полюсной поверхностью (например, от N до N), затем опускаются на плоскую поверхность. Затем (t=2) ограничения снимаются. Тогда магниты будут иметь свободу перемещения под действием магнитной силы, приложенной друг к другу. Можно наблюдать, как они ускоряются, удаляясь друг от друга, но откуда берется сила? Если мы подтолкнем один магнит к другому, они будут двигаться из-за нашей энергии и силы. Но откуда взялась первоначальная магнитная сила в момент (t = 2) и откуда взялась сила/энергия во все другие моменты времени (t = все), когда магнитное поле постоянно работает.....

В частности, откуда объекты получают способность/способность проявлять силу?

Объекты приобретают способность проявлять силу благодаря человеческому знанию.

Чего ждать?!

Во вселенной движется множество объектов. Вы, как наблюдатель за этими объектами, можете взять линейку и часы и начать записывать их траектории . Применяя небольшие вычисления, вы можете вычислить по этой траектории скорость и ускорение объекта .

Иногда значение этого ускорения необъяснимо: если я кладу один кусок металла на стол и взмахиваю над ним другим куском металла , первый кусок металла прыгает мне в руку. С другой стороны, некоторые более предсказуемы (я отпускаю яблоко, оно падает). Мы называем ускорения, которые понимаем, «силами», а те, которые не понимаем, «новой физикой». Первый постулат Ньютона («существует инерциальная система отсчета») гласит, что все ускорения можно понять, если приложить достаточно усилий. До сих пор это казалось правдой.

Хорошо, но сила имеет другие единицы измерения, чем ускорение.

Как вы можете быть уверены, что понимаете силу? Достаточно ли просто записать, какие значения он имеет в какое время? (Нет: вы только что подытожили свои наблюдения и так ничему и не научились.)

Третий постулат Ньютона гласит, что силы действуют парами на разные объекты; вы знаете, что понимаете силу, когда можете идентифицировать соответствующую пару. Но самое странное в третьем законе Ньютона то, что соответствующие ускорения пары сил не равны. Итак, как мы узнаем, что мы их идентифицировали?

Ну, у каждого объекта есть определенная масса , которая не меняется во времени (если не меняется сам объект ), а произведение ускорений и масс для соответствующих пар равно. (Это второй постулат Ньютона .) Таким образом, мы могли бы просто назвать этот сохраняющийся продукт «величиной» силы (и это действительно оказывается плодотворным выбором).