La prima delle tre leggi del moto di Sir Isaac Newton, che costituiscono la base della meccanica classica, afferma che un oggetto fermo o in uno stato di moto uniforme rimarrà in questo modo indefinitamente in l'assenza di una forza esterna. In altre parole, una forza è ciò che causa un cambiamento nella velocità o nell'accelerazione. La quantità di accelerazione prodotta su un oggetto da una determinata forza è determinata dalla massa dell'oggetto.

Forza e velocità sono direzionali

Quando i fisici parlano della velocità di un oggetto, stanno parlando non solo di la velocità dell'oggetto ma anche la direzione in cui si muove. Allo stesso modo, la forza ha una componente direzionale e una quantitativa - una forza che si oppone direttamente alla velocità di un oggetto ha un effetto diverso sull'oggetto di una forza che agisce ad angolo retto rispetto al suo movimento. In termini matematici, forza, velocità e accelerazione - che è il tasso di variazione di velocità prodotto da una forza - sono quantità "vettoriali", che è un termine che implica la loro componente direzionale.

Forza in azione a airplane

Il modo più semplice per capire come una forza altera la velocità di un oggetto è immaginare che la forza agisca nella stessa direzione della velocità. Ad esempio, i motori a reazione su un aereo forniscono una forza che agisce nella direzione del movimento dell'aeroplano, dandogli un'accelerazione positiva e facendola andare più veloce. L'attrito dell'aria, d'altra parte, si oppone direttamente al moto dell'aereo e lo decelera; se i motori smettono di funzionare, l'aereo cadrà fuori dal cielo. Ma quando la forza del motore e la spinta verso l'alto della pressione dell'aria sulle ali progettate aerodinamicamente bilanciano la forza di attrito e altre forze deceleranti, inclusa la gravità, l'aeroplano vola a velocità costante verso la sua destinazione.

The Forza di gravitazione

L'attrazione gravitazionale che il sole esercita sulla Terra è un esempio di forza con un'importante componente direzionale. Poiché la forza gravitazionale agisce ad angolo retto rispetto al moto della Terra, non cambia la velocità alla quale il pianeta viaggia, ma cambia costantemente la direzione. Di conseguenza, la Terra si muove in un'orbita quasi circolare. La velocità della Terra può essere relativamente costante, ma la sua velocità cambia sempre a causa della forza di gravitazione che la tira sempre verso il sole. La stessa forza gravitazionale mantiene i satelliti in orbita attorno alla Terra.

Diagrammi a corpo libero

La relazione matematica tra la forza (F) esercitata su un oggetto e la sua accelerazione (a) è F = m • a, dove "m" è la massa dell'oggetto. L'unità per la forza nel sistema metrico è il newton, che prende il nome da Isaac Newton, il fisico inglese che ha formulato la relazione. Nel mondo reale, di solito ci sono diverse forze che agiscono su un corpo, ciascuna con una componente direzionale. Queste forze possono essere di natura meccanica, gravitazionale, elettrica o magnetica. Per predire il movimento dell'oggetto, è spesso utile disegnare un diagramma a corpo libero, che è una rappresentazione grafica di queste forze che ne descrive l'entità e la direzione.