Was ist eigentlich eine negative Kraft? [geschlossen]

Wenn wir die Kraft für ein abbremsendes Objekt finden (sagen wir ein Auto auf einer Straße), sehen wir, dass die Kraft negativ ist, da sie in die entgegengesetzte Richtung der Bewegung des Objekts wirkt.

Nicht unbedingt. Das Vorzeichen der Kraft hängt nur von ihrer Richtung ab; es hat nichts mit der Bewegungsrichtung des Objekts zu tun. Wenn sich das Objekt in die positive Richtung bewegt, aber seine Geschwindigkeit abnimmt, können wir schlussfolgern, dass die Nettokraft in die negative Richtung wirkt. Wenn sich das Objekt jedoch in die negative Richtung bewegt, aber seine Geschwindigkeit abnimmt, können wir schlussfolgern, dass die Nettokraft in die positive Richtung wirkt. In beiden Fällen tritt eine "Verzögerung" auf, aber die Kraft kann entweder in positiver oder in negativer Richtung wirken.

Ich finde immer noch die Kraft des Objekts

Wenn Sie die Bewegung des Objekts betrachten, dann betrachten Sie Kräfte, die auf das Objekt einwirken. Natürlich können Sie diese mit Kräften in Verbindung bringen, die das Objekt nach Newtowns drittem Gesetz ausübt, aber diese Kräfte könnten auf verschiedene Dinge einwirken.

Bedeutet dies also, dass das Objekt (Auto) eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung seiner Bewegung auf die Straße ausübt? Aber wie?

Wenn ein Auto gebremst wird, wirkt eine Kraft (oder besser gesagt ein Drehmoment) auf die Räder. Die Reibung zwischen den Rädern und der Straße wiederum führt dazu, dass das Auto langsamer wird. Beachten Sie, dass dieser Prozess völlig unabhängig von dem ist, was wir „positiv“ und „negativ“ genannt haben. Wie das vorherige Beispiel (hoffentlich) gezeigt hat, gibt es nichts Besonderes an einer "negativen Kraft" gegenüber einer "positiven Kraft".

Um deine Titelfrage zu beantworten. Eine negative Kraft ist eine Kraft, die in negativer Richtung wirkt, je nachdem, wie Sie Ihr Koordinatensystem definiert haben. Beachten Sie, dass dies wirklich nur in einer Dimension Sinn macht. In mehreren Dimensionen macht es keinen Sinn, "negative Kraft" zu sagen, da "negativ" nicht eindeutig ist. Es ist immer am besten, über Richtungen zu sprechen, da dies sehr gut verallgemeinert werden kann. In Ihrem Fall fragen Sie also wirklich nach Kräften in einer Dimension, die in die negative Richtung wirken. Das bedeutet nicht, dass die Kraft etwas Besonderes ist; es gibt nur seine Richtung vor.

Dazu gibt es ein paar Stücke. Der erste ist, dass es einfacher ist, Kräfte zu verstehen, wenn Sie sie nicht als „negativ“ betrachten. Kräfte sind Vektoren, die einen (positiven) Betrag und eine Richtung haben.

Wo Sie in Bezug auf Vektoren etwas "Negatives" bekommen können, ist, wenn Sie sie in Komponentenform aufschreiben. Wenn Sie Komponenten verwenden, wählen Sie aus, welche Richtung die positive x-Richtung und welche Richtung die positive y-Richtung ist, und wenn der Vektor in die entgegengesetzte Richtung weist, ergibt dies eine negative Zahl für diese Komponente. Der Vektor als Ganzes hat kein negatives Konzept, aber er kann einige negative Zahlen haben, wenn Sie ihn in Komponenten betrachten.

Später lernen Sie etwas über die Arbeit. Arbeit ist eine negative Zahl, wenn Kraft und Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen wirken. Ihre Intuition, dass diese Situation etwas Negatives hat, ist also richtig. Über Arbeit und Energie lernst du erst später. Im Moment sprechen wir nur von Kräften und Geschwindigkeiten.

Abgesehen von der Formulierung denke ich, dass der Kern Ihrer Frage lautet:

... die Kraft ist ... in der entgegengesetzten Richtung der Bewegung des Objekts. Ich will wissen, was das bedeutet.

Es bedeutet eigentlich nicht viel mehr, als Sie bereits verstehen. Grundsätzlich wissen wir, dass Objekte eine Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung ihrer Bewegung haben können. Wir nennen das Entschleunigung. Da die Kraft über definiert ist$F=ma$, muss die Kraft logischerweise auch in die der Bewegung entgegengesetzte Richtung wirken. Es hat keine tiefere Bedeutung als das. Wenn die Kraft der Geschwindigkeit entgegengesetzt ist, bedeutet dies nur, dass das Objekt langsamer wird.

... bedeutet dies, dass das Objekt (Auto) eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung seiner Bewegung auf die Straße ausübt?

Nein. Wenn von der Straße eine Kraft auf das Auto ausgeübt wird, die der Geschwindigkeit des Autos entgegengesetzt ist, dann besagt das dritte Newtonsche Gesetz, dass das Auto eine Kraft auf die Straße ausüben muss, die gleich und entgegengesetzt ist . Somit ist die vom Auto auf die Straße ausgeübte Kraft in der gleichen Richtung wie die Geschwindigkeit des Autos.

Eine Kraft (F) ist eine Vektorgröße. Ein Vektor hat einen Betrag (der nicht negativ sein kann) und eine Richtung. Das Negative von (F) ist ein anderer Vektor mit der gleichen Größe, aber entgegengesetzter Richtung. Bei der Arbeit mit Vektoren ist es normalerweise am besten, mit ihren Komponenten zu arbeiten. In einem gewählten Koordinatensystem kann ein Vektor eine oder mehrere negative Komponenten haben, die in die negative Richtung der entsprechenden Achse zeigen. Wenn Sie ein Problem in einer Dimension bearbeiten, vergisst man leicht, dass Sie möglicherweise mit Komponenten von Vektoren arbeiten.

Wenn Sie ein Auto bremsen, wird die Rollbewegung der Räder reduziert. Im täglichen Leben haben Sie vielleicht gesehen, dass ein rollender Körper weiter rollt als ein rutschender Körper. Dies liegt daran, dass der Boden eine Widerstandskraft auf den rutschenden Körper ausübt, aber kein Drehmoment in Vorwärtsrichtung ausübt, wodurch der Körper schneller anhält. Dasselbe passiert, wenn die Bremsen betätigt werden. Das Drehmoment, das durch die Widerstandskraft aufgrund des Bodens ausgeübt wird, wird durch die Reibung zwischen den Bremsen und dem Reifen ausgeglichen, sodass die Widerstandskraft, die durch den Boden ausgeübt wird, den Körper schneller abbremst. Beachten Sie, dass das Auto auch dann langsamer wird, wenn die Bremsen nicht betätigt werden, es sei denn, Sie treten auf das Gaspedal.

Bedeutet dies, dass das Objekt (Auto) eine Kraft auf die Straße in die entgegengesetzte Richtung seiner Bewegung ausübt? Aber wie?

Ja tut es. Die Kräfte, die die Bremsen auf die Räder ausüben, bewirken, dass sie sich langsamer drehen, was wiederum dazu führt, dass sie an der Straßenoberfläche ziehen, und diese Zugkraft übt eine Rückwärtskraft auf das Auto aus (verlangsamt das Auto) und eine gleiche und entgegengesetzte Kraft auf die Straße (leichtes Strecken des Straßenmaterials in Kontakt mit den Reifen in Fahrtrichtung). Beim Verständnis des Bremsens ist es natürlich wichtig zu bedenken, dass sich der Punkt auf dem Reifen, an dem der Reifen die Straße berührt, nicht relativ zur Straßenoberfläche bewegt, um die Reibungskraft zwischen ihnen zu maximieren.

Unabhängig davon, ob das Objekt beschleunigt oder abgebremst wird, wirkt bei einer Kraft in eine Richtung auch eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung . Dies ist Newtons 3. Gesetz.

Wenn Ihr Auto beschleunigt (positive Beschleunigung) , übt sein Motor ein Drehmoment auf die Radachsen aus, das die Räder dazu zwingt, sich schneller zu drehen. Dies würde ein Gleiten mit der Oberfläche verursachen, wenn wir keine Haftreibung hätten. Die Haftreibungskraft drückt im Boden nach hinten . Nach Newtons 3. Gesetz drückt dieselbe Haftreibungskraft im Auto nach vorne . Sie können sich das so vorstellen, als würde sich das Auto "vom Boden wegdrücken". Diese Vorwärtskraft bewirkt die Beschleunigung.

Beim Abbremsen (Verzögerung, negative Beschleunigung) üben die Bremsen des Autos ein entgegengesetztes Drehmoment auf die Räder aus, wodurch sie gezwungen werden, sich langsamer zu drehen. Dies würde wiederum ein Rutschen verursachen (wenn sich das Auto mit stehenden Rädern weiterbewegt), aber wiederum verhindert die Haftreibung ein solches Rutschen. Diesmal zeigt er aber in die entgegengesetzte Richtung, also im Boden nach vorne und damit nach Newtons 3. Gesetz im Auto nach hinten . Diese nach hinten gerichtete Haftreibungskraft verursacht die Verzögerung.