44 Kraftar og hreyfilögmál Newtons

Samantekt kafla

Kraftafræði er fræðigreinin um hvernig kraftar hafa áhrif á hreyfingu hluta og kerfa.
Kraftur er ýting eða tog sem hægt er að skilgreina út frá ýmsum viðmiðum. Hann er vigur og hefur því bæði stærð og stefnu.
Ytri kraftar eru allir kraftar utan hlutar sem verka á hlutinn. Kraftamynd er teikning af öllum ytri kröftum sem verka á hlut.

Fyrsta lögmál Newtons segir að hlutur sem er kyrr haldist kyrr eða, ef hann er á hreyfingu, haldist á hreyfingu í beinni línu með jafnri ferð, nema ytri heildarkraftur verki á hann. Þetta lögmál er einnig þekkt sem tregðulögmálið.
Tregða er tilhneiging hlutar sem er kyrr til að haldast kyrr eða, ef hann er á hreyfingu, til að haldast á hreyfingu með jöfnum hraða. Tregða tengist massa hlutar.
Núningur er kraftur sem vinnur gegn hreyfingu og veldur því að hlutur eða kerfi hægir á sér.
Massi er efnismagn efnis eða hlutar.

Hröðun er breyting á hraða, sem þýðir breyting á ferð, stefnu eða hvort tveggja.
Ytri kraftur verkar á kerfi utan frá, öfugt við innri krafta sem verka á milli hluta innan kerfisins.
Annað lögmál Newtons segir að hröðun kerfis sé í réttu hlutfalli við og hafi sömu stefnu og ytri heildarkrafturinn sem verkar á kerfið, og sé í öfugu hlutfalli við massa kerfisins.
Á jöfnuformi er annað lögmál Newtons $F_{net} = m a$ eða $Σ F = m a .$ Þetta er stundum ritað sem $a = \frac{F_{net}}{m}$ eða $a = \frac{Σ F}{m}$ .
Þyngd hlutar með massa m er þyngdarkrafturinn sem verkar á hann. Út frá öðru lögmáli Newtons fæst þyngdin $W = m g .$
Ef eini krafturinn sem verkar á hlut er þyngd hans, þá er hluturinn í frjálsu falli.

Þriðja lögmál Newtons segir að þegar einn hlutur beitir annan hlut krafti, verkar á fyrri hlutinn kraftur sem er jafn að stærð og hefur gagnstæða stefnu miðað við kraftinn sem hann beitir.
Þegar hlutur hvílir á yfirborði beitir yfirborðið krafti á hlutinn sem vinnur gegn þyngd hlutarins. Þessi kraftur verkar hornrétt á yfirborðið og kallast þverkraftur.
Togkraftur verkar eftir strekktri, sveigjanlegri tengingu, eins og reipi eða kapal. Þegar reipi heldur uppi þyngd hlutar sem er kyrr, er togkrafturinn í reipinu jafn þyngd hlutarins.
Drifkraftur er kraftur sem ýtir hlut áfram sem svar við því að massa er varpað aftur úr hlutnum. Eldflaugar og flugvélar knýjast áfram af drifkrafti.