Dotychczas zajmowaliśmy się wyłącznie opisem ruch (za pomocą wektorów r, v, oraz a). Były to rozważania geometryczne. Teraz omówimy przyczyny ruchu, zajmiemy się dynamiką.

Nasze rozważania ograniczymy do przypadku ciał poruszających się z małymi (w porównaniu z prędkością światła c) prędkościami tzn. zajmujemy się mechaniką klasyczną.

Żeby móc przewidzieć jaki będzie ruch ciała wywołany siłą na nie działającą trzeba wiedzieć jakiego rodzaju jest to siła i skąd się bierze. Dlatego rozpoczniemy nasze rozważania od poznania podstawowych oddziaływań oraz od zdefiniowania masy, pędu i wprowadzenia pojęcia siły F. Następnie poszukamy praw rządzących oddziaływaniami, a w dalszych częściach zajmiemy się poszczególnymi oddziaływaniami występującymi w przyrodzie.

Oddziaływania podstawowe
Według naszej dotychczasowej wiedzy istnieją tylko cztery podstawowe oddziaływania
(siły), z których wynikają wszystkie siły i oddziaływania zaobserwowane we
Wszechświecie:

• Oddziaływanie grawitacyjne - siła grawitacyjna działa na wszystkie masy (jest siłą
  powszechną) i pochodzi od mas; ma długi zasięg i najmniejsze względne natężenie;
• Oddziaływanie elektromagnetyczne - siła elektromagnetyczna działa na ładunki i prądy
  i jej źródłem są ładunki i prądy; ma długi zasięg. Siły międzyatomowe mają charakter
  elektromagnetyczny ponieważ atomy zawierają naładowane elektrony i protony,
  a oddziaływania elektromagnetyczne ma wielokrotnie większe natężenie od
  grawitacyjnego. Większość sił z jakimi spotykamy się na co dzień np. tarcie, siła
  sprężystości jest wynikiem oddziaływania atomów, są to więc siły elektromagnetyczne;
• Oddziaływanie jądrowe (silne) - siła utrzymująca w całości jądra atomowe pomimo
  odpychania między protonami (ładunki dodatnie), ma bardzo krótki zasięg i największe
  względne natężenie;
• Oddziaływanie słabe - temu oddziaływaniu podlegają wszystkie cząstki elementarne,
  w szczególności oddziaływanie to odpowiada za rozpady cząstek elementarnych.
  

W tabeli poniżej zestawione są cztery oddziaływania podstawowe.

Masa
Nasze rozważania rozpoczynamy od przypisania ciałom masy m. Chcemy w ten sposób opisać fakt, że różne ciała wykonane z tego samego materiału, w tym samym otoczeniu uzyskują pod działaniem tej samej siły różne przyspieszenia (np. pchamy z jednakową siłą dwa rożne pojazdy "lekki" i "ciężki" i uzyskują one różne a). Zaproponowana poniżej metoda postępowania jest jednym z równoważnych sposobów definiowania masy. Opiera się ona na porównaniu nieznanej masy m z wzorcem masy m0 = 1 kg. Pomiędzy masami umieszczamy ściśniętą sprężynę i następnie zwalniamy ją.

Masy m i m0, które początkowo spoczywały polecą odrzucone w przeciwnych kierunkach
odpowiednio z prędkościami v i v0 - rysunek.

Nieznaną masę m definiujemy jako

Definicja:

Jednostką masy w układzie SI jest kilogram (1kg) zdefiniowany za pomocą wzorca masy w Sevres (Francja).

Pęd

definicja:

Pęd ciała definiujemy jako iloczyn jego masy i prędkości (wektorowej)

Matematycznie można to sformułować więc tak:

Jednostką pędu jest , pęd nie posiada własnej (w sensie nazwanej) jednostki.

Siła

definicja:

Jeżeli na ciało o masie m działa siła F, to definiujemy ją jako zmianę w czasie pędu
tego ciała.

matematycznie można to zapisać tak:

w uproszczeniu (jeżeli masa ciała jest stała, m=const):

i w kolejnym uproszczeniu - jeżeli zmiana pędu jest liniowa:

Wprowadziliśmy w ten sposób pojęcie siły F. Teraz podamy metodę obliczania sił działających na ciała; poznamy prawa rządzące oddziaływaniami.

Jednostką siły jest niuton (N) -

Jeżeli masz jakieś pytania, zachęcam do zadawania pytań w komentarzach poniżej, gwarantujemy rozwiązanie wszystkich Twoich wątpliwości.

Prawa fizyki wyrażają związki między różnymi wielkościami fizycznymi. Prawa te formułowane są w postaci równań matematycznych wyrażających ścisłe ilościowe relacje między tymi wielkościami, a to wiąże się zawsze z pomiarami określającymi liczbowo stosunek danej wielkości do przyjętej jednostki.
Wiele z wielkości fizycznych jest współzależnych. Na przykład prędkość jest długością podzieloną przez czas, gęstość masą podzieloną przez objętość itd. Dlatego z pośród wszystkich wielkości fizycznych wybieramy pewną ilość tak zwanych wielkości podstawowych, za pomocą których wyrażamy wszystkie pozostałe wielkości nazywane wielkościami pochodnymi^. Z tym podziałem związany jest również wybór jednostek. Jednostki podstawowe wielkości podstawowych są wybierane (ustalane), a jednostki pochodne definiuje się za pomocą jednostek podstawowych.
Aktualnie obowiązującym w Polsce układem jednostek jest układ SI (Systeme International d'Unites). Układ SI ma siedem jednostek podstawowych i dwie uzupełniające niezbędne w sformułowaniach praw fizyki. Wielkości podstawowe i ich jednostki są zestawione w tabeli poniżej.

Jednostki podstawowe:

• 1 m - metr - jednostka długości;
• 1 kg - kilogram - jednostka masy;
• 1 s - sekunda - jednostka czasu;
• 1 A - amper - jednostka natężenia prądu elektrycznego;
• 1 K - kelwin - jednostka temperatury;
• 1 mol - mol - jednostka liczebności materii;
• 1 cd - kandela - jednostka natężenia światła;

Definicje jednostek podstawowych są związane albo ze wzorcami albo z pomiarem. Przykładem jest wzorzec masy. Obecnie światowym wzorcem kilograma (kg) jest walec platynowo-irydowy przechowywany w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w Sevres (Francja).
Natomiast przykładem jednostki związanej z pomiarem jest długość. Metr (m) definiujemy jako długość drogi przebytej w próżni przez światło w czasie 1/299792458 s.
Oprócz jednostek w fizyce posługujemy się pojęciem wymiaru jednostki^ danej wielkości fizycznej. Wymiarem jednostki podstawowej jest po prostu ona sama. Natomiast dla jednostek pochodnych wymiar jest kombinacją jednostek podstawowych (w odpowiednich potęgach). Na przykład jednostka siły ma wymiar kgm/s2 wynikający ze wzoru F = ma. Niektóre jednostki pochodne mają swoje nazwy tak jak jednostka siły - niuton.

Jednostki uzupełniające:

• 1 rad - radian - jednostka miary kąta płaskiego;
• 1 sr - steradian - jednostka miary kąta bryłowego;

Przedrostki SI (służą do tworzenia dziesiętnych wielokrotności jednostek miar):

• E - 10¹⁸ - eksa
• P - 10¹⁵ - peta
• T - 10¹² - tera
• G - 10⁹ - giga
• M - 10⁶ - mega
• k  - 10³ - kilo
• h  - 10² - hekto
• da - 10¹ - deka
• d  - 10^-1 - decy
• c  - 10^-2 - centy
• m - 10^-3 - mili
• ?  - 10^-6 - mikro
• n  - 10^-9 - nano
• p  - 10^-12 - piko
• f   - 10^-15 - femto

Wreszcie, oprócz jednostek podstawowych i pochodnych posługujemy się także jednostkami wtórnymi, które są ich wielokrotnościami. Wyraża się je bardzo prosto poprzez dodanie odpowiedniego przedrostka określającego odpowiednią potęgę dziesięciu, która jest mnożnikiem dla jednostki.

Przedrostki jednostek miar układu SI