力

在物理学中，力是用于描述能够改变物体运动状态或使其形变的相互作用的矢量。在经典力学中，系统所受的合外力等于其动量的变化率。对于质量恒定的物体，这一关系可写为熟知的形式 $\mathbf F_{\mathrm{net}}=m\mathbf a$。各个力可以相互平衡，因此，物体受到力并不一定意味着它具有加速度。力既有大小，也有方向，以牛顿为单位。(openstax.org)

数学描述与单位

力按照矢量加法合成。如果物体受到多个相互作用，其合力为

将这一方程分解为分量形式，便可分别分析沿不同坐标轴方向的运动。大小相等、方向相反的力，其合力为零；其他夹角下的力通常不会产生零合力。对于具有一定空间尺寸的物体，力的作用点也会影响其转动，即使该力对平动的影响没有改变。(openstax.org)

国际单位制规定，力的导出单位为牛顿（单位），符号为 N：

因此，使质量为一千克的物体产生一米每二次方秒加速度的合力，就是一牛顿。力的量纲为 $MLT^{-2}$，不同于质量或能量的量纲。(nist.gov)

牛顿动力学

由艾萨克·牛顿提出的牛顿运动定律确立了力在牛顿力学中的核心地位。第一定律指出，合力为零时，物体保持速度恒定的运动状态。因此，维持运动不需要持续的合力，改变运动状态才需要。这些定律在非相对论适用范围内，能够准确描述日常的宏观运动。(openstax.org)

在惯性参考系中，对于由固定的一组物质组成的系统，第二定律可写为

当质量恒定且 $\mathbf p=m\mathbf v$ 时，右侧化为 $m\mathbf a$。动量形式还将力与冲量联系起来：对合力在一段时间内积分，得到的就是动量的变化量。因此，在短暂的碰撞中，短时间内作用的巨大力可以造成显著的动量变化。(openstax.org)

分析力时，通常会绘制受力图，将选定的物体单独取出，并用箭头表示作用在它上面的外力。明确研究对象至关重要：物体受到的支持力与物体对支撑物施加的力，作用在不同的物体上。对于静止在水平桌面上的物体，向上的支持力可以与向下的重力平衡。(openstax.org)

常见的力与圆周运动

宏观层面的力的名称，通常描述的是相互作用发生的具体情形，而非一种独立的基本机制。法向力垂直于接触面；张力通过绷紧的绳索或缆索传递拉力；摩擦则阻碍接触处的相对滑动或相对滑动趋势。材料发生形变时，会产生弹性回复力。对于在线性范围内工作的理想弹簧，回复力与位移成正比，方向指向平衡位置。(openstax.org)

在引力意义上，重量是引力作用在物体上的力。在地球表面附近，其大小约为 $mg$，其中 $g$ 是当地的重力加速度。重量不同于质量，支持力也不一定等于重量，例如物体有加速度或静止在斜面上时。(openstax.org)

“向心力”指的是圆周运动所需的、指向圆心的合力，并不是一种额外的相互作用。在匀速圆周运动中，其大小为 $mv^2/r$。引力、张力、摩擦力或多个力的组合，都可以提供这一合力。由于该力改变了速度的方向，即使速率保持不变，物体仍然具有加速度。(openstax.org)

功、势能与转矩

当力的作用点发生位移，且该位移在力的方向上有分量时，力通过功（物理学）传递能量。对于恒力，

对于变力，功是沿运动路径对 $\mathbf F\cdot d\mathbf r$ 的积分。垂直于位移的力不做功，匀速圆周运动中指向圆心的力就是一个例子。(openstax.org)

保守力所做的功只取决于起点和终点，因此可以为其定义相应的势能。滑动摩擦力等耗散力所做的功通常与路径有关。这些区别将基于力的运动描述与基于能量的运动描述联系起来。(openstax.org)

力的转动效应用转矩来衡量：

其中，$\mathbf r$ 是从选定原点指向力的作用点的位置矢量。垂直力臂的概念解释了为什么在离门铰链更远的地方施力，会产生更大的转动效应。(openstax.org)

基本相互作用与现代描述

目前公认的基本相互作用有四种：引力、电磁学所研究的电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。电磁相互作用是电现象和磁现象的基础；强相互作用将夸克束缚在一起，并对原子核的结合起作用；弱相互作用则使放射性 β 衰变等过程得以发生。标准模型描述了电磁、强和弱相互作用，但不包含引力。(home.web.cern.ch)

在现代粒子物理学中，相互作用通过量子场论来描述，而不再仅仅用经典的推拉作用来描述。广义相对论对引力给出了不同的解释：自由下落的物体在弯曲的时空中沿尽可能直的路径运动。潮汐效应反映了这种曲率，而在牛顿力学计算中，引力仍是一种有用的近似描述。(wwwcompass.cern.ch)