Was ist Vektorphysik?
Ein Vektor ist eine visuelle Darstellung einer physikalischen Größe, die sowohl Größe als auch Richtung hat. Die Vektorphysik untersucht die verschiedenen Kräfte, die die Richtung und Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers verändern. Die mathematischen Werkzeuge der Vektoranalyse bieten ein nützliches Mittel, um das Zusammenspiel der Naturkräfte im physikalischen Universum zu beobachten und den Einfluss dieser Kräfte auf die Materie in Bewegung vorherzusagen.
Vektoren werden durch Pfeile unterschiedlicher Länge symbolisiert. Die relative Länge jedes Pfeils stellt seine Größe dar. Dies kann die Geschwindigkeit oder eine andere messbare Kraft sein. Jeder Pfeil hat eine bestimmte Richtung, die auf einer kartesischen Ebene mit den geografischen Achsen Nord, Süd, Ost und West angegeben wird. Das Ende jedes Vektors beginnt bei den kartesischen Koordinaten von (0,0), und die Position des Kopfes oder Pfeils gibt die jeweilige Richtung an.
Die Werkzeuge der Vektoranalyse bieten eine Möglichkeit, die resultierenden Änderungen sowohl der Größe als auch der Richtung eines Körpers vorherzusagen, auf den äußere Kräfte einwirken. Beispielsweise ändert sich bei einem Flugzeug, das mit einer Geschwindigkeit von 160,93 km / h in nördlicher Richtung fliegt, letztendlich sowohl die Geschwindigkeit als auch die Richtung, wenn es auf einen Wind von 40,23 km / h aus westlicher Richtung trifft. Die resultierende Richtung und Geschwindigkeit der Ebene kann unter Verwendung von maßstabsgetreuen Vektoren berechnet werden.
Die Vektoranalyse und -auflösung wird üblicherweise in einem XY-Achsendiagramm aufgezeichnet, sodass jedem Vektor auf einfache Weise eine Richtung zugewiesen und eine geeignete Größe zugewiesen werden kann. Eine Vektoranalyse wird durchgeführt, um den resultierenden oder Nettoeffekt auf einen Körper aus einer oder mehreren Kräften zu bestimmen, die wirken, um seine Bewegung und Richtung zu ändern. Die Lösung von Problemen der Vektorphysik kann mit verschiedenen Methoden berechnet werden.
Einfache vektorphysikalische Probleme können gelöst werden, indem aus jedem der beiden auf einer kartesischen Ebene aufgetragenen Liniensegmente ein Parallelogramm erstellt wird. Ähnliche gepunktete Linien, die von jedem der getrennten Vektoren repliziert wurden, werden hinzugefügt, und eine Linie wird am gegenüberliegenden Ende des konstruierten Parallelogramms gezeichnet. Die gezogene Linie symbolisiert die resultierende Richtung und Größe des Körpers, auf den die anderen Kräfte gewirkt haben, um seine Richtung und Geschwindigkeit zu ändern.
Die Vektorphysik befasst sich mit der Beziehung zwischen Kräften, die aufeinander einwirken, unabhängig davon, ob es sich um große Körper in Bewegung oder um Teilchen handelt, die auf subatomarer Ebene miteinander interagieren. Die Lösung komplexerer Vektorprobleme kann durch Verwendung algebraischer oder trigonometrischer mathematischer Gleichungen gelöst werden, die die Addition oder das Produkt der verschiedenen Vektoren berechnen. Eine der frühesten Anwendungen der Vektoranalyse war die genaue Beschreibung des Zusammenhangs zwischen elektrischen und magnetischen Kräften, einer zentralen Komponente der Theorie des Elektromagnetismus, die der schottische Physiker James Maxwell Clerk im 19. Jahrhundert erstmals entdeckte.