Voima (fysiikka)

Voima (, tunnus F) on fysiikassa vuorovaikutuksen voimakkuutta kuvaava vektorisuure, jolla on sekä suuruus että suunta. Voiman yksikkö SI-järjestelmässä on newton, N. SI-perusyksiköiden avulla ilmaistuna voiman yksikkö on 

Kappaleeseen kohdistuva kokonaisvoima muuttaa kappaleen liiketilaa. Dynamiikan peruslain mukaan vakiovoima  antaa kappaleelle, jonka massa on , kiihtyvyyden  siten, että . 

Kaikki voimat johtuvat kappaleiden välisistä vuorovaikutuksista. Newtonin kolmannen lain mukaan kahden kappaleen vuorovaikuttaessa keskenään molempiin kohdistuu yhtä suuri, mutta vastakkaissuuntainen voima.

Makroskooppisiin kappaleisiin vaikuttavat voimat jaetaan tavanomaisesti kosketusvoimiin ja etäisvoimiin.  Kosketusvoimat kuten kitka, väliaineen vastus ja tukivoimat ilmenevät kappaleiden koskettaessa toisiaan. Sen sijaan etäisvoimat kuten gravitaatio sekä sähköiset ja magneettiset voimat vaikuttavat välimatkan päästä, ja niiden välittäjinä toimivat kentät. Atomifysiikka on kuitenkin osoittanut, että myös kaikki kosketusvoimat aiheutuvat aineen rakenneosien välisistä sähkömagneettisista vuorovaikutuksista. Alkeishiukkasten välillä vaikuttaa neljä perusvuorovaikutusta, jotka ovat:
 sähkömagneettinen vuorovaikutus, jonka aiheuttama voima synnyttää fysikaaliset kappaleet ja valon,
 heikko vuorovaikutus, joka aiheuttaa radioaktiivisuuden,
 vahva vuorovaikutus, joka pitää atomiytimet koossa,
 gravitaatio, joka synnyttää painovoiman.

Esimerkiksi Maan läheisyydessä Maan vetovoima vetää kaikkia kappaleita puoleensa. Toisaalta myös kaikki kappaleet vetävät Maata puoleensa yhtä suurella mutta vastakkaissuuntaisella voimalla, mutta Maan suuren massan vuoksi niiden aikaansaama liiketilan muutos on niin vähäinen, ettei sitä voida havaita. 

Maan pinnalla oleviin kappaleisiin vaikuttaa Maan vetovoiman lisäksi myös pinnan tukivoima. Kappaleen pysyessä paikoillaan maan pinnalla ovat painovoima ja maan pinnan tukivoima yhtä suuret mutta vastakkaissuuntaiset, jolloin ne kumoavat toistensa vaikutuksen.

Voimat voidaan myös jakaa konservatiivisiin ja häviöllisiin voimiin. Esimerkiksi painovoima on konservatiivinen, liukukitka ja väliaineen vastus häviöllisiä voimia. Jos kaikki jossakin systeemissä vaikuttavat voimat ovat konservatiivisia, systeemin mekaaninen energia säilyy, häviöllisten voimien kuten kitkan vaikutuksesta osa siitä muuttuu lämmöksi.

Voimaa voidaan mitata esimerkiksi jousivaa'alla.

Voimasta saatavia johdannaissuureita ovat impulssi , joka kertoo liikemäärän muutoksen aikavälillä  ja työ .

Pyörivässä liikkeessä voimaa vastaa momentti.

Voimien yhdistäminen ja resultantti 
Jos kappaleeseen vaikuttaa useita voimia ja ne vaikuttavat kappaleen samaan pisteeseen, niiden yhteinen vaikutus saadaan lasketuksi käsittelmällä voimia vektoreina ja laskemalla vektorit yhteen.  Jos voimat vaikuttavat kappaleen eri kohtiin, niiden yhteinen vaikutus kappaleen etenemisliikkeeseen voidaan laskea vastaavalla tavalla, mutta laskettaessa momenttia, jolla ne vaikuttavat kappaleen pyörimisliikkeeseen, on niiden vaikutuspisteet otettava huomioon.  Tietyin edellytyksin voimille voidaan kuitenkin määrittää resultanttivoima, joka yksinään vaikuttaisi samoin kuin eri voimat yhdessä vaikuttavat.

Katso myös 
 Harmoninen värähtelijä
 Vapaakappalekuva
 Venymäliuska-anturi

Lähteet

Aiheesta muualla

Kirjallisuutta 
 

Klassinen mekaniikka
Suureet
Voimat
Seulonnan keskeiset artikkelit

gd:Neart