Redigerer Kraft (avsnitt)

=== Beskrivelse av virkningen av krefter ===
;Bruk av vektorer
[[Fil:Freebodydiagram3 pn.svg|mini|[[Fritt-legeme-diagram]] (belastningsdiagram) av en kloss på et flatt underlag og et [[skråplan]]. Kreftene er dekomponert og lagt sammen for å bestemme deres størrelser og netto kraft.]]

Siden krefter blir oppfattet som skyv eller trekk kan dette gi en intuitiv forståelse for å beskrive krefter.<ref name=uniphysics_ch2/> Som med andre fysiske begreper (for eksempel  [[temperatur]]), er den intuitive forståelse av kreftene kvantifisert ved hjelp av presise [[operasjonell definisjon]]er som er forenlig med direkte [[Persepsjon|observasjoner]] og [[Måling|sammenlignet med en standardisert måleskala]]. Gjennom eksperimentering er det fastslått at laboratoriumsmålinger av krefter er i full overensstemmelse med den begrepsmessige definisjon av kraft som gis av newtonsk mekanikk.

Krefter virker i en bestemt retning og har en størrelse avhengig av hvor sterk skyvet eller trekket er. På grunn av disse egenskapene er kreftene klassifisert som ''[[Vektor (matematikk)|vektor størrelser]]''. Dette betyr at krefter følger et annet sett av matematiske regler enn fysiske størrelser som ikke har retning (som kalles for [[skalar]]e størrelser). For eksempel når det skal bestemmes hva som skjer når to krefter virker på samme legeme, er det nødvendig å kjenne både størrelsen og retningen av begge krefter for å beregne [[Resultant|resultatet]]. Hvis begge disse opplysninger ikke er kjent for hver enkelt kraft, er situasjonen tvetydig. For eksempel hvis en vet at to personer drar på samme tau med kjente størrelser av kraften, men en ikke vet hvilken retning hver av personene trekker i, er det umulig å avgjøre hva akselerasjonen av tauet egentlig vil bli. De to personene kan trekke mot hverandre som i [[tautrekking]], eller de to personene kan trekke i samme retning. I dette enkle [[Dimensjon|endimensjonale]] eksemplet, er det umulig å bestemme hvorvidt nettokraft er et resultat av å legge sammen de to kraftstørrelsene eller trekke dem fra hverandre, uten å vite retningen av kreftene. Ved å knytte vektorer til krefter unngår en slike problemer. Illustrasjonen over til høyre viser et legeme som ligger på et bord med like store og motsatte krefter (øverst), mens legemet på skråplanet påvirkes av krefter slik at nettoresultatet gir bevegelse (nederst).

Historisk sett ble krefter først undersøkt kvantitativt i betingelser med [[statisk likevekt]] hvor flere kreftene kansellert hverandre. Slike eksperimenter demonstrerer viktige egenskaper som at krefter er vektorstørrelser, altså at de har størrelse og retning.<ref name=uniphysics_ch2/> Når to kreftene virker på en [[punktpartikkel]] er den resulterende kraft, altså ''resulterende'' (''nettokraft''), noe som kan bestemmes ved å følge [[parallellogramloven]] om vektoraddisjon: Summering av to vektorer som representert sidene i et parallellogram gir en tilsvarende resulterende vektor som er lik i størrelse og retning til den tverrgående linjen i parallellogrammet.<ref name=FeynmanVol1 /><ref name=Kleppner /> Størrelsen av den resulterende kraften varierer fra differansen mellom de to størrelsene av de to kreftene, til sum av dem, alt avhengig av vinkelen mellom dem. Hvis imidlertid forskjellige krefter virker på et utvidet legeme, må deres respektive angrepspunktet på legemet hensynstas for å kunne bestemme virkningen for bevegelsen av legemet.

[[Fritt-legeme-diagram]] (belastningsdiagram) kan brukes som en praktisk måte å holde styr på krefter som virker på et system. Ideelt sett er disse diagrammene tegnet med vinkler og relative størrelsene av snittkrefter slik at grafisk summering av vektorer kan utføres. Kan gjøres for å bestemme netto kraft.<ref>{{cite web |title=Introduction to Free Body Diagrams |work=Physics Tutorial Menu |publisher=University of Guelph |url=http://eta.physics.uoguelph.ca/tutorials/fbd/intro.html |accessdate=2008-01-02 |url-status=dead |archiveurl=https://web.archive.org/web/20080116042455/http://eta.physics.uoguelph.ca/tutorials/fbd/intro.html |archivedate=2008-01-16 |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2008-01-02 |arkivurl=https://web.archive.org/web/20080116042455/http://eta.physics.uoguelph.ca/tutorials/fbd/intro.html |arkivdato=2008-01-16 |url-status=død }} {{Kilde www |url=http://eta.physics.uoguelph.ca/tutorials/fbd/intro.html |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2017-01-15 |arkiv-dato=2008-01-16 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20080116042455/http://eta.physics.uoguelph.ca/tutorials/fbd/intro.html |url-status=yes }}</ref>

I tillegg til summering, kan krefter også dekomponeres i uavhengige komponenter som da står [[vinkelrett]] på hverandre. For eksempel kan en horisontal kraft som peker nordøst derfor deles opp i to krefter, en som peker mot nord og en som peker øst. Summeres disse komponentstyrkene med hjelp av vektoraddisjon fås den opprinnelige kraften. Illustrasjonen til høyre viser eksempel på dekomponering av tyngdekraften som virker på et legeme på et skråplan (nederst). Dekomponering av snittkrefter i komponenter av et sett med [[Basis (matematikk)|basisvektor]]er er ofte en bedre matematisk måte å beskrive krefter enn å bruke størrelser og retning.<ref>{{cite web
 |first       = Tom
 |last        = Henderson
 |title       = The Physics Classroom
 |work        = The Physics Classroom and Mathsoft Engineering & Education, Inc.
 |year        = 2004
 |url         = http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/vectors/u3l1b.html
 |accessdate  = 2008-01-02
 |url-status  = død
 |archiveurl  = https://web.archive.org/web/20080101141103/http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1b.html
 |archivedate = 2008-01-01
 |tittel      = Arkivert kopi
 |besøksdato = 2008-01-02
 |arkivurl    = https://web.archive.org/web/20080101141103/http://www.glenbrook.k12.il.us/gbssci/Phys/Class/vectors/u3l1b.html
 |arkivdato   = 2008-01-01
 |url-status = død
}} {{Kilde www |url=http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/vectors/u3l1b.html |tittel=Arkivert kopi |besøksdato=2017-01-15 |arkiv-dato=2008-01-01 |arkiv-url=https://web.archive.org/web/20080101141103/http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/Class/vectors/u3l1b.html |url-status=yes }}</ref> Årsaken er at for [[Ortogonalitet|ortogonale]] komponenter blir komponentene til vektorsummen entydig bestemt av skalaraddisjonen av komponentene i de individuelle vektorene. Ortogonale komponenter er uavhengige av hverandre fordi krefter som virker vinkelrett på hverandre ikke har noen virkning på størrelsen eller retningen av den andre. Når valg av et sett av ortogonale basisvektorer gjøres, tas valget på grunnlag av en vurdering av hvilket sett av basisvektorer som være gjøre matematikken mest praktisk. Å velge en basisvektor som er i den samme retning som en av kreftene er ønskelig, ettersom kraften da vil ha bare en komponent forskjellig fra null. Ortogonale kraftvektorer kan være tredimensjonale med den tredje komponent i rett vinkel på de to andre.<ref name=FeynmanVol1 /><ref name=Kleppner />

;Statisk likevekt
[[Mekanisk likevekt|Likevekt]] inntreffer når den resulterende kraft som virker på en punkt partikkel er null (det vil si at er vektorsummen av alle krefter er null). Ved behandling av et utvidet legeme er det også nødvendig at nettomomentet i det er null. Generelt finnes det to typer likevekt, statisk- og dynamisk likevekt.

Statisk likevekt ble forstått godt før utviklingen av klassisk mekanikk. Objekter som er i ro har null netto kraft som virker på dem.<ref>{{cite web|title=Static Equilibrium|work=Physics Static Equilibrium (forces and torques)|publisher=[[University of the Virgin Islands]]
|url=http://www.uvi.edu/Physics/SCI3xxWeb/Structure/StaticEq.html|accessdate=2008-01-02 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20071019054156/http://www.uvi.edu/Physics/SCI3xxWeb/Structure/StaticEq.html |archivedate=19. oktober 2007}}</ref>

Det enkleste tilfelle av statisk likevekt oppstår når to krefter er like i størrelse, men har motsatte  retninger. For eksempel er en gjenstand på et plant underlag trukket nedover mot sentrum av jorden på grunn av tyngdekraften. På samme tid vil overflatekrefter motstå den nedadrettede kraften med lik oppadrettet kraft (kalt [[normalkraft]]en). Situasjonen gir null netto kraft og ingen akselerasjon. Press mot et objekt på en friksjonsflate, for eksempel et skråstilt bord, kan resultere i en situasjon hvor legemet ikke beveger seg, fordi den påførte kraft motvirkes av [[Friksjon|statisk friksjon]], som oppstår mellom objektet og bordflaten. For en situasjon uten bevegelse vil den statiske friksjonskraft eksakt balansere den påførte kraften, noe som ikke gir akselerasjon. Den statiske friksjon øker eller minker i respons til den påførte kraften opp til en øvre grense. Denne øvre grensen er bestemt av egenskapene til kontaktflaten mellom bordflaten og legemet.<ref name=uniphysics_ch2/> Illustrasjonen over viser begge disse tilfellene, der kreftene er påført som vektorer (piler).

En statisk likevekt mellom to krefter er den mest vanlige måten å måle krefter på, og kan skje ved hjelp av enkle instrumenter som en [[vekt]]. For eksempel vil et legeme opphengt i en vertikal fjærvekt oppleve tyngdekraften som virker på den, balansert mot en kraft som utøves av ''fjærreaksjonskraften''. Denne kraften tilsvarer objektets vekt. Ved hjelp av slike verktøy ble noen kvantitative lover om kraft oppdaget: at tyngdekraften er proporsjonal med volumet for legemer med konstant [[tetthet]] (allment utnyttet i årtusener for å definere standardvekter), [[Arkimedes' prinsipp]] for oppdrift, Arkimedes' analyse av [[Vektstang]], [[Boyle-Mariottes lov]] for gasstrykk, og [[Hookes lov]] for fjærer. Disse ble alle formulert og eksperimentelt verifisert før Isaac Newton forklarte sine tre bevegelseslover.<ref name=uniphysics_ch2/><ref name=FeynmanVol1 /><ref name=Kleppner />

; Dynamisk likevekt
[[Fil:Galileo.arp.300pix.jpg|thumb|[[Galileo Galilei]] var den første til å peke ut de iboende motsetningene som finnes i Aristoteles' beskrivelse av krefter. {{byline|Justus Sustermans}}]]

Dynamisk likevekt ble først beskrevet av Galilei som la merke til at visse forutsetninger i den aristoteliske fysikken ble motsagt av observasjoner og [[logikk]]. Galilei innså at [[Galileisk invarians|enkel hastighets addering]] krever et begrepet om «absolutt ro», noe som  ikke kan eksisterer. Han konkluderte med at bevegelse i en konstant [[hastighet]] ble helt ekvivalent med ro. Dette var i strid med Aristoteles begrep om en «naturlig tilstand» av ro, og at legemer med masse tilstreber seg denne. Enkle eksperimenter viste at Galileis forståelse av likeverdighet mellom konstant hastighet og ro var riktige. For eksempel om en sjømann slipper en kanonkule fra utkikstønnen på et skip som beveger seg med en konstant hastighet, ville aristotelisk fysikk hevde at  kulen faller rett ned mens skipet flytter seg under den fallende kulen. Konsekvensen blir at i et aristotelisk univers vil den fallende kanonkulen lande et stykke bak foten av masten til et skip i bevegelse. Men når dette eksperimentet faktisk blir gjennomført vil kanonkulen alltid falle rett ned ved foten av masten, som om kanonkulen «vet» at den reise med et skip, til tross for å være atskilt fra skipet under fallet. Siden det ikke er noen horisontal kraft som påføres i fremoverretning på kanonkulen når den faller, er den eneste konklusjon som er igjen at den fortsetter å bevege seg med  samme hastighet som båten som før den faller. Dermed er det heller ingen kraft som kreves for å holde kanonkulen i bevegelse i konstant hastighet fremover.<ref name="Galileo"/>

Videre må et hvilken som helst legeme som beveger seg med en konstant hastighet være gjenstand for null nettokraft (resulterende kraft). Dette er definisjonen av dynamisk likevekt: når alle kreftene på et legeme balanseres vil det fortsatt bevege seg med konstant hastighet.

Et enkelt tilfelle av dynamisk likevekt oppstår under bevegelse av et legeme med konstant hastighet over en flate med [[kinetisk friksjon]]. I en slik situasjon påføres en kraft i bevegelsesretningen, mens den kinetiske friksjonskraften nøyaktig motsetter seg den påførte kraften. Dette resulterer i null netto kraft, men ettersom legemet startet med en hastighet forskjellig fra null, vil det fortsette å bevege seg. Aristoteles feiltolket denne bevegelsen som noe som er forårsaket av den påførte kraften. Men når kinetisk friksjon er tatt i betraktning er det klart at det ikke er noen netto kraft som forårsaker bevegelse med konstant hastighet.<ref name=FeynmanVol1 /><ref name=Kleppner />