Forca

Në fizikë, Forca është çdo ndikim, i cili shkakton nxitimin (përshpejtimin) e një trupi të lirë. Forca gjithashtu mund të përshkruhet me anë të koncepteve intuitive si shtytja ose tërheqja të cilat shkaktojnë që një objekt me masë të ndryshojë shpejtësinë e tij (kjo përfshinë rastin kur trupi fillon të lëvizë nga një gjëndje prehjeje), d.m.th të përshpejtohet, ose që mund të shkaktojnë një objekt fleksibël të shtrembërohet. Një forcë e zbatuar mbi një trup ka një madhësi dhe një drejtim, çka tregon se ajo është një madhësi vektoriale. Ligji i dytë i Njutonit mund të formulohet për të pohuar se një objekt me një masë konstante do të përshpejtojhet në proporcion të drejtë me forcën e plotë që vepron mbi të dhe në proporcion të zhdrejtë me masën e tij, ky ligj është një përafrim që prishet kur trupi i afrohet shpejtësisë së dritës. Formulimi origjinal i Njutonit është i saktë, dhe nuk prishet për shpejtësi relativiste: ky version deklaron se forca e plotë që vepron mbi një objekt është e barabartë me shkallën e ndryshimit të impulsit.

Koncepte të lidhura me forcat përshpejtuese përfshijnë forcën shtytëse - çdo forcë e cila rritet me shpejtësinë e objektit, rezistencën e ajrit - çdo forcë që zvogëlon shpejtësinë e një objekti, dhe momentin e forcës -- tendencën e një force të shkaktojë ndryshimin e shpejtësisë rrotulluese rreth një boshti. Forcat të cilat nuk veprojnë në mënyrë uniforme në të gjitha pjesët e trupit do të shkaktojë stres mekanik , një term teknik për ndikimet që shkaktojnë deformime të mekanike të trupit. Ndërsa stresi mekanik mund të mbetet i ngulitur në një objekt të ngurtë, duke e deformuar gradualisht atë, stresi mekanik në një lëng përcakton ndryshimet e tij të shtypjes dhe vëllimit.

Në antikitet filozofët përdorën konceptin e forcës për studimin e objekteve stacionare dhe në lëvizje si dhe për makinat e thjeshta, por mendimtarë të tillë si Aristoteli dhe Arkimedi kishin gabime themelore në të kuptuarit a konceptit të forcës, për shkak të mungesës së kuptimit jo të plotë të forcës së fërkimit. Kjo mungesë çoi në një shikim inadqekuat të natyrës së lëvizje .Kur Iluminizmi filloi, Isak Njutoni korrigjoi këto keqkuptime me anë të një analize matematikore që mbeti e pandryshuar për rreth treqind vjet. Me fillim të shekullit të 20, Ajnshtajni zhvilloi një teori relativiteti që parashikoi në mënyrë korrekte veprimin e forcave mbi objekte, me rritjen e vrullit (impulsit) afër shpejtësisë së dritës, si dhe gjithashtu dha një shpjegim të "forcave" të prodhuara nga gravitacioni dhe inercia.

Me njohuritë moderne në mekanikën kuantike dhe me aksesin në teknologjinë që mund të përshpejtojë thërrmijat bërthamore afër shpejtësisë së dritës, Fizika bërthamore ka hartuar një model standard për të përshkruar forcat midis grimcave më të vogla se atomet. Modeli Standard parashikon se shkëmbimi i thërrmijave të quajtur bozone standarte janë mjetet themelore me të cilat forcat emetohen dhe absorbohen. Vetëm katër bashkëveprime themelore janë të njohura: duke i renditur në mënyrë nga forca me e forta tek ajo më e dobët, ato janë: Forca e fortë, elektromagnetizmi, forca e dobët, dhe forca gravitacionale . Eksperimente observuese të fizikës bërthmore të energjisë së lartë të bëra gjatë viteve 1970 dhe 1980 konfirmuan se forcat e dobët dhe elektromagnetike janë shprehje e një bashkëveprimi themelor elektro të dobët

Konceptimi i forcës para Njutonit
Aristoteli përshkroi forcën si çdo gjë që shkakton që një objekt të bëjë një "lëvizje jo-natyrale"

Që antikiteti, koncepti i forcës është njohur si një koncept themelor
për funksionimin e makinave mekanike. Avantazhi mekanik i dhënë nga një
makinë e thjeshtë lejon më pak forcë për t'u përdorur në këmbim që kjo
forcë të veprojë mbi një distancë më të madhe. Analiza e
karakteristikave të forcave kulminoi me punën e Arkimedit i cili ishte
veçanërisht i famshëm për formulimin e një teorie mbi forcën notuese e
cila ndodh në të gjitha lëngjet

Aristoteli shkroi një diskutim filozofik të konceptit të forcës si një
pjesë themelore e kozmologjisë Aristoteliane. Sipas mendimit të
Aristotelit, natyrën e botës kishte katër elementë që ekzistojnë në
"gjëndje natyrore". Aristoteli besonte se ishte gjendja natyrore e
objekteve me masë në Tokë, të tillë si elemente e ujit dhe tokës, të
jenë të palëvizshëm në terren dhe që janë të prirur në këtë drejtim të
gjendjes në qoftë se mbeten vetëm. Ai dalloi mes tendencës së lindur të
objekteve për të gjetur "gjendjen e tyre natyrore" (p.sh., për trupat e
rëndë në rënie), që çoi në "lëvizjen natyrore", dhe lëvizjes së
panatyrshme dhe të detyruar, e cila kërkonte aplikimin e vazhduar të një
force. Kjo teori, duke u bazuar në përvojën e përditshme se si
objektet lëvizin, të tilla si aplikimi i vazhdueshëm i një force të
nevojshme për të mbajtur në lëvizje një karrocë, kishte të probleme
konceptuale për shpjegimin e sjelljes së lëvizjes së një predhe, të
tilla si trajektorja e shigjetës. Vendi ku forcat ishin të aplikuar për
predhën ishte vetëm në fillim të fluturimit, dhe ndërsa predha lundronte
përmes ajrit, asnjë forcë nuk vepronte dukshëm mbi të. Aristoteli ishte
në dijeni të këtij problemi dhe propozoi që ajri zhvendosejnëpër rrugën
e predhës, gjë e cila jepte forcën e nevojshme për të vazhduar lëvizjen
e predhës sipas tij. Ky shpjegim kërkon që ajri të jetë i nevojshëm për
lëvizjen e predhës , për shembull sipas kësaj teorie, në një vakum,
asnjë predhë nuk do të lëvizë pas shtytjes fillestare. Probleme të tjera
me shpjegimin përfshijnë faktin se ajrit i reziston lëvizjes së
predhës. [7]

Këto mangësi nuk do të shpjegoheshin dhe korrigjoheshin plotësisht deri
në shekullin e shtatëmbëdhjetë me punën e Galileo Galilei, i cili ishte i
ndikuar nga ideja e vonë mesjetare se objektet në lëvizje të detyruar
kishin me vete një forcë të lindur shtytëse. Galileo ndërtoi një
eksperiment në të cilin gurë dhe topa predhash lëviznin në një plan të
pjerrët në mënyrë që të përgënjeshtronte teorinë e levizjes së
Aristotelit në fillim të shekullit të shtatëmbëdhjetë. Ai tregoi se
trupat ishin të përshpejtuar nga graviteti në një sasi e cila ishte e
pavarur nga masa e tyre dhe argumentoi se trupat e mbajnë shpejtësinë e
tyre nëse nuk ka një forcë vepruese mbi to, për shembull si ajo e
fërkimit.