F = ma เป็นพื้นฐานของพลศาสตร์ 1 นิวตันทำให้มวล 1 กก. เคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 1 ม./วินาที² ทุกแรงที่คุณรู้สึกคือมวลที่ต้านทานความเร่ง

• 1 N = 1 kg·m/s²
• แรงสองเท่า → ความเร่งสองเท่า
• แรงเป็นเวกเตอร์ (มีทิศทาง)
• แรงลัพธ์กำหนดการเคลื่อนที่

น้ำหนักคือแรงโน้มถ่วง: W = mg มวลของคุณคงที่ แต่น้ำหนักเปลี่ยนแปลงตามแรงโน้มถ่วง บนดวงจันทร์ คุณมีน้ำหนัก 1/6 ของน้ำหนักบนโลก

• มวล (kg) ≠ น้ำหนัก (N)
• น้ำหนัก = มวล × แรงโน้มถ่วง
• 1 kgf = 9.81 N บนโลก
• ไร้น้ำหนักในวงโคจร = ยังมีมวล

แรงสัมผัสจะสัมผัสกับวัตถุ (แรงเสียดทาน, แรงตึง) แรงไม่สัมผัสจะกระทำจากระยะไกล (แรงโน้มถ่วง, แรงแม่เหล็ก, แรงไฟฟ้า)

• แรงตึงดึงตามเชือก/สายเคเบิล
• แรงเสียดทานต้านทานการเคลื่อนที่
• แรงแนวฉากตั้งฉากกับพื้นผิว
• แรงโน้มถ่วงเป็นแรงดึงดูดเสมอ ไม่เคยเป็นแรงผลัก

นิวตัน (N) เป็นหน่วยฐานของ SI กำหนดจากค่าคงที่พื้นฐาน: กก., ม., วินาที ใช้ในงานวิทยาศาสตร์ทั้งหมด

• 1 N = 1 kg·m/s² (แน่นอน)
• kN, MN สำหรับแรงขนาดใหญ่
• mN, µN สำหรับงานที่ต้องการความแม่นยำ
• ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรม/ฟิสิกส์

หน่วยแรงที่อิงตามแรงโน้มถ่วงของโลก 1 kgf = แรงที่ใช้พยุงมวล 1 กก. ต้านแรงโน้มถ่วง เข้าใจง่ายแต่ขึ้นอยู่กับสถานที่

• kgf = กิโลกรัม-แรง = 9.81 N
• lbf = ปอนด์-แรง = 4.45 N
• tonf = ตัน-แรง (เมตริก/สั้น/ยาว)
• แรงโน้มถ่วงบนโลกแตกต่างกัน ±0.5%

ไดน์ (CGS) สำหรับแรงขนาดเล็ก: 1 dyn = 10⁻⁵ N พาวดัล (อิมพีเรียลสัมบูรณ์) ไม่ค่อยใช้ แรงอะตอม/พลังค์สำหรับระดับควอนตัม

• 1 dyne = 1 g·cm/s²
• พาวดัล = 1 lb·ft/s² (สัมบูรณ์)
• หน่วยอะตอม ≈ 8.2×10⁻⁸ N
• แรงพลังค์ ≈ 1.2×10⁴⁴ N

ข้อที่ 1: วัตถุต้านทานการเปลี่ยนแปลง (ความเฉื่อย) ข้อที่ 2: F=ma ทำให้เป็นปริมาณ ข้อที่ 3: ทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่ากันและตรงข้าม

• กฎข้อที่ 1: ไม่มีแรงลัพธ์ → ไม่มีความเร่ง
• กฎข้อที่ 2: F = ma (นิยามนิวตัน)
• กฎข้อที่ 3: คู่แรงกิริยา-ปฏิกิริยา
• กฎเหล่านี้ทำนายการเคลื่อนที่แบบคลาสสิกทั้งหมด

แรงรวมกันแบบเวกเตอร์ ไม่ใช่การบวกธรรมดา แรง 10 N สองแรงที่ทำมุม 90° ทำให้เกิดแรง 14.1 N (√200) ไม่ใช่ 20 N

• ต้องมีขนาด + ทิศทาง
• ใช้ทฤษฎีบทพีทาโกรัสสำหรับมุมฉาก
• แรงขนานบวก/ลบกันโดยตรง
• สมดุล: แรงลัพธ์ = 0

แรงพื้นฐานสี่อย่างควบคุมจักรวาล: แรงโน้มถ่วง, แรงแม่เหล็กไฟฟ้า, แรงนิวเคลียร์อย่างเข้ม, แรงนิวเคลียร์อย่างอ่อน ทุกอย่างอื่นคือการรวมกันของสิ่งเหล่านี้

• แรงโน้มถ่วง: อ่อนที่สุด, ระยะอนันต์
• แรงแม่เหล็กไฟฟ้า: ประจุ, เคมี
• แรงอย่างเข้ม: ยึดเหนี่ยวควาร์กในโปรตอน
• แรงอย่างอ่อน: การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี

อาคารทนต่อแรงมหาศาล: ลม, แผ่นดินไหว, น้ำหนักบรรทุก เสา, คานออกแบบมาสำหรับแรง kN ถึง MN

• สายเคเบิลสะพาน: แรงดึง 100+ MN
• เสาอาคาร: แรงอัด 1-10 MN
• ลมบนตึกระฟ้า: แรงด้านข้าง 50+ MN
• ค่าความปลอดภัยโดยทั่วไป 2-3 เท่า

แรงขับของจรวดวัดเป็นเมกะนิวตัน เครื่องยนต์ของเครื่องบินผลิตแรงเป็นกิโลนิวตัน ทุกนิวตันมีความสำคัญเมื่อต้องหนีจากแรงโน้มถ่วง

• Saturn V: แรงขับ 35 MN
• เครื่องยนต์ Boeing 747: 280 kN ต่อเครื่อง
• Falcon 9: 7.6 MN ขณะปล่อยตัว
• การเพิ่มความสูงของสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS): 0.3 kN (ต่อเนื่อง)

ประแจปอนด์, ระบบไฮดรอลิก, สลักเกลียวทั้งหมดมีพิกัดเป็นแรง สำคัญต่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพ

• น็อตล้อรถยนต์: แรงบิด 100-140 N·m
• เครื่องอัดไฮดรอลิก: ความจุ 10+ MN
• แรงดึงของโบลต์: โดยทั่วไปอยู่ในช่วง kN
• ค่าคงที่ของสปริงในหน่วย N/m หรือ kN/m

หารด้วย 10 เพื่อประมาณค่า: 100 N ≈ 10 kgf (แน่นอน: 10.2)

• 1 kgf = 9.81 N (แน่นอน)
• 10 kgf ≈ 100 N
• 100 kgf ≈ 1 kN
• เร็ว: N ÷ 10 → kgf

1 lbf ≈ 4.5 N หาร N ด้วย 4.5 เพื่อให้ได้ lbf

• 1 lbf = 4.448 N (แน่นอน)
• 100 N ≈ 22.5 lbf
• 1 kN ≈ 225 lbf
• คิดในใจ: N ÷ 4.5 → lbf

1 N = 100,000 ไดน์ เพียงแค่เลื่อนจุดทศนิยม 5 ตำแหน่ง

• 1 dyn = 10⁻⁵ N
• 1 N = 10⁵ dyn
• CGS เป็น SI: ×10⁻⁵
• ไม่ค่อยใช้ในปัจจุบัน

แรงขับของจรวด Saturn V: 35 MN แปลงเป็นปอนด์-แรง

35 MN = 35,000,000 N. 1 N = 0.22481 lbf. 35M × 0.22481 = 7.87 ล้าน lbf

คนหนัก 70 กก. น้ำหนักบนโลกเทียบกับดาวอังคาร (g = 3.71 ม./วินาที²)?

โลก: 70 × 9.81 = 686 N. ดาวอังคาร: 70 × 3.71 = 260 N. มวลเท่ากัน น้ำหนัก 38%

สายเคเบิลสะพานรองรับน้ำหนัก 500 ตัน แรงตึงในหน่วย MN คือเท่าไหร่?

500 เมตริกตัน = 500,000 กก. F = mg = 500,000 × 9.81 = 4.9 MN

กล้ามเนื้อแมสซีเตอร์ของกรามออกแรงกัด 400 N (900 lbf) จระเข้: 17 kN เมกาโลดอนที่สูญพันธุ์ไปแล้ว: 180 kN—มากพอที่จะบดขยี้รถยนต์ได้

หมัดกระโดดด้วยแรง 0.0002 N แต่มีความเร่ง 100g ขาของพวกมันเป็นสปริงที่เก็บพลังงาน ปล่อยออกมาเร็วกว่าที่กล้ามเนื้อจะหดตัวได้

ใกล้หลุมดำ แรงไทดัลจะยืดคุณออก: เท้ารู้สึกถึงแรงมากกว่าศีรษะ 10⁹ N เรียกว่า 'สปาเก็ตตี้ฟิเคชั่น' คุณจะถูกฉีกเป็นอะตอมต่ออะตอม

แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์สร้างน้ำขึ้นน้ำลงด้วยแรง 10¹⁶ N บนมหาสมุทรของโลก โลกดึงดวงจันทร์กลับด้วยแรง 2×10²⁰ N—แต่ดวงจันทร์ยังคงหนีห่างออกไป 3.8 ซม./ปี

ใยแมงมุมขาดที่ความเค้น ~1 GPa เส้นใยที่มีหน้าตัด 1 มม.² จะรับน้ำหนักได้ 100 กก. (980 N)—แข็งแรงกว่าเหล็กต่อน้ำหนัก

AFM รู้สึกถึงแรงได้ถึง 0.1 นาโนนิวตัน (10⁻¹⁰ N) สามารถตรวจจับการกระแทกของอะตอมเดี่ยวได้ เหมือนกับการรู้สึกถึงเม็ดทรายจากวงโคจร

นิวตันตีพิมพ์ Principia Mathematica นิยามแรงด้วย F = ma และกฎการเคลื่อนที่สามข้อ

ปิแอร์ บูเกร์ วัดแรงโน้มถ่วงบนภูเขา สังเกตเห็นความแปรปรวนในสนามโน้มถ่วงของโลก

คาเวนดิชชั่งน้ำหนักโลกโดยใช้เครื่องชั่งแบบบิด วัดแรงโน้มถ่วงระหว่างมวล

สมาคมอังกฤษนิยาม 'ไดน์' (หน่วย CGS) ว่าเป็น 1 g·cm/s² ต่อมานิวตันถูกนำมาใช้สำหรับ SI

CGPM นิยามนิวตันว่าเป็น kg·m/s² สำหรับระบบ SI แทนที่ kgf และหน่วยทางเทคนิคเก่า

SI ได้รับการยอมรับอย่างเป็นทางการทั่วโลก นิวตันกลายเป็นหน่วยแรงสากลสำหรับวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม

คิดค้นกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม ตรวจจับแรงระดับพิโคนิวตัน ปฏิวัตินาโนเทคโนโลยี

การนิยามใหม่ของ SI: นิวตันตอนนี้มาจากค่าคงที่ของพลังค์ แม่นยำโดยพื้นฐาน ไม่มีสิ่งประดิษฐ์ทางกายภาพ

มวล (kg) คือปริมาณของสสาร; น้ำหนัก (N) คือแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อมวลนั้น มวลคงที่; น้ำหนักเปลี่ยนแปลงตามแรงโน้มถ่วง คุณมีน้ำหนัก 1/6 บนดวงจันทร์ แต่มีมวลเท่าเดิม

นิวตันเป็นหน่วยสัมบูรณ์—ไม่ขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วง kgf/lbf ตั้งอยู่บนพื้นฐานของแรงโน้มถ่วงของโลก (9.81 ม./วินาที²) บนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร kgf/lbf จะไม่ถูกต้อง นิวตันใช้ได้ทุกที่ในจักรวาล

คนทั่วไป: แรงผลัก 400 N, แรงดึง 500 N (ช่วงสั้นๆ) นักกีฬาที่ฝึกฝน: 1000+ N เดดลิฟต์ระดับโลก: ~5000 N (~500 กก. × 9.81) แรงกัด: เฉลี่ย 400 N, สูงสุด 900 N

คิป = 1000 lbf (กิโลปอนด์-แรง) วิศวกรโครงสร้างในสหรัฐฯ ใช้คิปสำหรับน้ำหนักบรรทุกบนสะพาน/อาคารเพื่อหลีกเลี่ยงการเขียนตัวเลขขนาดใหญ่ 50 คิป = 50,000 lbf = 222 kN

ไม่ค่อย ไดน์ (หน่วย CGS) ปรากฏในตำราเก่า วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ใช้มิลลินิวตัน (mN) 1 mN = 100 dyn ระบบ CGS ล้าสมัยแล้ว ยกเว้นในบางสาขาเฉพาะทาง

น้ำหนักคือแรง สูตร: F = mg ตัวอย่าง: คนหนัก 70 กก. → 70 × 9.81 = 686 N บนโลก บนดวงจันทร์: 70 × 1.62 = 113 N มวล (70 กก.) ไม่เปลี่ยนแปลง