Voima (fysiikka)


Voima (lat. fortis, tunnus F) on fysiikassa vuorovaikutuksen voimakkuutta kuvaava vektorisuure, jolla on sekä suuruus että suunta. Voiman yksikkö SI-järjestelmässä on newton, N. SI-perusyksiköiden avulla ilmaistuna voiman yksikkö on \({\displaystyle {\rm {\ N}}=\ {\frac {{\rm {kg}}\cdot {\rm {m}}}{{\rm {s}}^{2}}}.}\)

Kappaleeseen kohdistuva kokonaisvoima muuttaa kappaleen liiketilaa. Dynamiikan peruslain mukaan vakiovoima \({\displaystyle {\bar {F}}}\) antaa kappaleelle, jonka massa on \({\displaystyle m}\), kiihtyvyyden \({\displaystyle {\bar {a}}}\) siten, että \({\displaystyle {\bar {F}}=m{\bar {a}}}\).

Kaikki voimat johtuvat kappaleiden välisistä vuorovaikutuksista. Newtonin kolmannen lain mukaan kahden kappaleen vuorovaikuttaessa keskenään molempiin kohdistuu yhtä suuri, mutta vastakkaissuuntainen voima.[1]

Makroskooppisiin kappaleisiin vaikuttavat voimat jaetaan tavanomaisesti kosketusvoimiin ja etäisvoimiin. Kosketusvoimat kuten kitka, väliaineen vastus ja tukivoimat ilmenevät kappaleiden koskettaessa toisiaan.[2] Sen sijaan etäisvoimat kuten gravitaatio sekä sähköiset ja magneettiset voimat vaikuttavat välimatkan päästä, ja niiden välittäjinä toimivat kentät. Atomifysiikka on kuitenkin osoittanut, että myös kaikki kosketusvoimat aiheutuvat aineen rakenneosien välisistä sähkömagneettisista vuorovaikutuksista.[3] Alkeishiukkasten välillä vaikuttaa neljä perusvuorovaikutusta, jotka ovat:

Esimerkiksi Maan läheisyydessä Maan vetovoima vetää kaikkia kappaleita puoleensa. Toisaalta myös kaikki kappaleet vetävät Maata puoleensa yhtä suurella mutta vastakkaissuuntaisella voimalla, mutta Maan suuren massan vuoksi niiden aikaansaama liiketilan muutos on niin vähäinen, ettei sitä voida havaita.

Maan pinnalla oleviin kappaleisiin vaikuttaa Maan vetovoiman lisäksi myös pinnan tukivoima. Kappaleen pysyessä paikoillaan maan pinnalla ovat painovoima ja maan pinnan tukivoima yhtä suuret mutta vastakkaissuuntaiset, jolloin ne kumoavat toistensa vaikutuksen.

Voimat voidaan myös jakaa konservatiivisiin ja häviöllisiin voimiin. Esimerkiksi painovoima on konservatiivinen, liukukitka ja väliaineen vastus häviöllisiä voimia. Jos kaikki jossakin systeemissä vaikuttavat voimat ovat konservatiivisia, systeemin mekaaninen energia säilyy, häviöllisten voimien kuten kitkan vaikutuksesta osa siitä muuttuu lämmöksi.[4]

Voimaa voidaan mitata esimerkiksi jousivaa'alla.

Voimasta saatavia johdannaissuureita ovat impulssi \({\displaystyle I=\int _{t_{1}}^{t_{2}}Fdt}\), joka kertoo liikemäärän muutoksen aikavälillä \({\displaystyle t_{1}\ldots t_{2}}\) ja työ \({\displaystyle W=\int {\bar {F}}\cdot d{\bar {x}}}\).

Pyörivässä liikkeessä voimaa vastaa momentti.

Sisällysluettelo

Voimien yhdistäminen ja resultantti


Jos kappaleeseen vaikuttaa useita voimia ja ne vaikuttavat kappaleen samaan pisteeseen, niiden yhteinen vaikutus saadaan lasketuksi käsittelmällä voimia vektoreina ja laskemalla vektorit yhteen. Jos voimat vaikuttavat kappaleen eri kohtiin, niiden yhteinen vaikutus kappaleen etenemisliikkeeseen voidaan laskea vastaavalla tavalla, mutta laskettaessa momenttia, jolla ne vaikuttavat kappaleen pyörimisliikkeeseen, on niiden vaikutuspisteet otettava huomioon. Tietyin edellytyksin voimille voidaan kuitenkin määrittää resultanttivoima, joka yksinään vaikuttaisi samoin kuin eri voimat yhdessä vaikuttavat.

Katso myös


Lähteet


  1. Kaarle ja Riitta Kurki-Suonio: Vuorovaikuttavat kappaleet – mekaniikan perusteet, s. 88. Limes r.y., 1995. ISBN 951-745-169-9.
  2. Kurki-Suonio, s. 103, 110)
  3. Kurki-Suonio, s. 110
  4. Kurki-Suonio, s. 165–168

Aiheesta muualla


Kirjallisuutta


 










Luokat: Klassinen mekaniikka | Suureet | Voimat




Tiedot vuodesta: 15.03.2022 04:37:25 CET

Lähde: Wikipedia (Tekijät [Historia])    Lisenssi: CC-BY-SA-3.0

Muutokset: Kaikki kuvat ja suurin osa niihin liittyvistä sisustuselementeistä poistettiin. Jotkut kuvakkeet korvattiin FontAwesome-kuvakkeilla. Jotkut mallit poistettiin (kuten ”artikkeli tarvitsee laajennusta”) tai osoitettiin (kuten ”viittaukset”). CSS-luokat joko poistettiin tai yhdenmukaistettiin.
Wikipediakohtaiset linkit, jotka eivät johda artikkeliin tai luokkaan (kuten ”Punaiset linkit”, “linkit muokkaussivulle”, “linkit portaaliin”) poistettiin. Jokaisella ulkoisella linkillä on lisäksi FontAwesome-kuvake. Joidenkin pienten suunnittelumuutosten lisäksi media-säilö, kartat, navigointiruudut, puhutut versiot ja geomikroformaatit poistettiin.

Huomaa: Koska annettu sisältö otetaan automaattisesti Wikipediasta tiettynä ajankohtana, manuaalinen tarkistaminen oli eikä ole mahdollista. Siksi LinkFang.org ei takaa hankitun sisällön paikkansapitävyyttä ja todellisuutta. Jos tiedossa on tällä hetkellä vääriä tietoja tai siinä on virheellinen näyttö, ota rohkeasti yhteyttä ota meihin yhteyttä: sähköposti.
Katso myös: Valmistusmerkintä & Tietosuojakäytäntö.