В механике, направления различных величин могут совпадать или не совпадать в зависимости от конкретных условий задачи. Рассмотрим каждую из предложенных пар:
а) Сила и перемещение:
Сила и перемещение не всегда совпадают по направлению. Например, когда тело движется вверх по наклонной плоскости, сила тяжести направлена вниз, а перемещение — вверх по наклонной плоскости. Однако, в случае равномерного прямолинейного движения под действием постоянной силы в одном направлении, сила и перемещение могут совпадать по направлению.
б) Ускорение и перемещение:
Ускорение и перемещение также не всегда совпадают по направлению. Например, при торможении автомобиля ускорение направлено против направления движения (перемещения). В случае равномерного ускоренного движения ускорение и перемещение будут совпадать по направлению.
в) Сила и ускорение:
Сила и ускорение всегда совпадают по направлению. Это следует из второго закона Ньютона, который гласит ( \mathbf{F} = m \mathbf{a} ), где ( \mathbf{F} ) — это сила, ( m ) — масса тела, и ( \mathbf{a} ) — ускорение. Поскольку масса является скалярной величиной и всегда положительна, направление силы и ускорения будет одинаковым.
г) Сила и скорость:
Сила и скорость не всегда совпадают по направлению. Например, в случае тела, движущегося по круговой траектории с постоянной скоростью, центростремительная сила направлена к центру круга, а скорость — по касательной к траектории движения. В случае равномерного прямолинейного движения под действием постоянной силы в одном направлении, сила и скорость могут совпадать по направлению.
Таким образом, из всех предложенных вариантов, только в) сила и ускорение всегда совпадают по направлению.