Discuție
introducere
Primul capitol al acestei cărți a abordat tema cinematicii – descrierea matematică a mișcării. Cu excepția corpurilor în cădere și a proiectilelor (care implică un lucru misterios numit gravitație), factorii care afectează această mișcare nu au fost niciodată discutați. Acum este momentul să ne extindem studiile pentru a include cantitățile care afectează mișcarea – masa și forța. Descrierea matematică a mișcării care include aceste cantități se numește dinamică.
Multe manuale introductive definesc adesea o forță ca fiind „o împingere sau o tragere”. Aceasta este o definiție informală rezonabilă pentru a vă ajuta să conceptualizați o forță, dar este o definiție operațională teribilă. Ce este „o împingere sau o tragere”? Cum ați putea măsura un astfel de lucru? Cel mai important, cum se leagă „o împingere sau o tragere” de celelalte mărimi deja definite în această carte?
Fizica, ca și matematica, este axiomatică. Fiecare subiect nou începe cu concepte elementare, numite axiome, care sunt atât de simple încât nu pot fi făcute mai simple sau sunt atât de bine înțelese în general încât o explicație nu i-ar ajuta pe oameni să le înțeleagă mai bine. Cele două mărimi care joacă acest rol în cinematică sunt distanța și timpul. În această carte nu s-a încercat cu adevărat să se definească în mod formal niciuna dintre aceste mărimi (până acum) și nici nu era necesar. Aproape toată lumea de pe planetă știe ce înseamnă distanța și timpul.
exemple
Ce-ar fi să construim conceptul de forță cu exemple din lumea reală? Începem…
- Forțe care acționează asupra tuturor obiectelor.
- Greutatea (W, Fg)
Forța de gravitație care acționează asupra unui obiect datorită masei sale. Greutatea unui obiect este îndreptată în jos, spre centrul corpului care gravitează; cum ar fi Pământul sau Luna, de exemplu.
- Greutatea (W, Fg)
- Forțe asociate cu solidele.
- Normală (N, Fn)
Forța dintre două solide în contact care le împiedică să ocupe același spațiu. Forța normală este orientată perpendicular pe suprafață. O „normală” în matematică este o linie perpendiculară pe o curbă plană sau pe o suprafață; de aici și denumirea de „forță normală”. - Frecare (f, Ff)
Forța dintre solidele aflate în contact care se opune alunecării lor una peste alta. Frecarea este orientată în sens opus direcției de mișcare relativă sau direcției de mișcare intenționată a oricăreia dintre suprafețe. - Tensiune (T, Ft)
Forța exercitată de un obiect care este tras de la capete opuse, cum ar fi o sfoară, o frânghie, un cablu, un lanț etc. Tensiunea este direcționată de-a lungul axei obiectului. (Deși în mod normal asociate cu solidele, se poate spune că și lichidele și gazele exercită tensiune în anumite circumstanțe.) - Elasticitate (Fe, Fs)
Forța exercitată de un obiect supus unei deformări (de obicei tensiune sau compresie) care va reveni la forma sa inițială atunci când este eliberat, cum ar fi un resort sau un elastic de cauciuc. Elasticitatea, ca și tensiunea, este direcționată de-a lungul unei axe (deși există excepții de la această regulă).
- Normală (N, Fn)
- Forțe asociate cu fluidele. Fluidele includ lichidele (cum ar fi apa) și gazele (cum ar fi aerul).
- Flotabilitate (B, Fb)
Forța exercitată asupra unui obiect scufundat într-un fluid. De obicei, flotabilitatea este îndreptată în sus (deși există excepții de la această regulă). - Tracțiune (R, D, Fd)
Forța care se opune mișcării unui obiect printr-un fluid. Tracțiunea este dirijată în sens opus direcției de mișcare a obiectului în raport cu fluidul. - Ridicare (L, Fℓ)
Forța pe care un fluid în mișcare o exercită atunci când curge în jurul unui obiect; de obicei o aripă sau o structură asemănătoare unei aripi, dar și mingi de golf și de baseball. În general, portanța este direcționată perpendicular pe direcția de curgere a fluidului (deși există și excepții de la această regulă). - Împingerea (T, Ft)
Forța pe care un fluid o exercită atunci când este expulzat de o elice, turbină, rachetă, calmar, scoică etc. Împingerea este orientată în sens opus direcției în care este expulzat fluidul.
- Flotabilitate (B, Fb)
- Forțe asociate cu fenomene fizice.
- Forța electrostatică (FE)
Atracție sau repulsie între corpuri încărcate. Experimentată în viața de zi cu zi prin agățarea statică și în școală ca explicație a unei mari părți din chimia elementară. - Forța magnetică (FB)
Atracția sau repulsia dintre corpurile încărcate aflate în mișcare. Experimentată în viața de zi cu zi prin magneți și la școală ca explicație din spatele motivului pentru care acul busolei indică nordul.
- Forța electrostatică (FE)
- Forțe fundamentale. Toate forțele din univers pot fi explicate în termenii următoarelor patru interacțiuni fundamentale.
- Gravitația
Interacțiunea dintre obiecte datorată masei lor. Greutatea este un sinonim pentru forța de gravitație. - Electromagnetism
Interacțiunea dintre obiecte datorată sarcinii lor. Toate forțele discutate mai sus sunt de origine electromagnetică, cu excepția greutății. - Interacțiunea nucleară puternică
Interacțiunea dintre particulele subatomice cu „culoare” (o cantitate abstractă care nu are nimic de-a face cu vederea umană). Aceasta este forța care ține împreună protonii și neutronii în nucleu și care ține împreună quarcii din protoni și neutroni. Nu poate fi simțită în afara nucleului. - Interacțiunea nucleară slabă
Interacțiunea dintre particulele subatomice cu „aromă” (o cantitate abstractă care nu are nimic de-a face cu gustul uman). Această forță, care este de multe ori mai slabă decât interacțiunea nucleară puternică, este implicată în anumite forme de dezintegrare radioactivă.
- Gravitația
- Forțe fictive. Acestea sunt forțe aparente pe care obiectele le experimentează într-un sistem de coordonate în accelerare, cum ar fi o mașină, un avion, o navă spațială, un lift sau o cursă de parc de distracții în accelerare. Forțele fictive nu apar de la un obiect extern, așa cum se întâmplă cu forțele autentice, ci mai degrabă ca o consecință a încercării de a ține pasul cu un mediu care accelerează.
- Forța centrifugă
Forța resimțită de toate obiectele într-un sistem de coordonate rotativ care pare să le îndepărteze de centrul de rotație. - Forța Coriolis
Forța resimțită de obiectele în mișcare într-un sistem de coordonate rotativ care pare să le devieze în unghiuri drepte față de direcția lor de mișcare. - „Forța G”
Nu este cu adevărat o forță (sau chiar o forță fictivă), ci mai degrabă o senzație aparentă asemănătoare gravitației experimentată de obiectele aflate într-un sistem de coordonate în accelerare.
- Forța centrifugă
- Forțe generice. Când nu știi cum să numești o forță, îi poți da oricând un nume generic, cum ar fi…
- Push
- Pull
- Force
- Applied Force
free body diagrams
Fizica este o materie simplă, predată de oameni cu mintea simplă. Când fizicienii se uită la un obiect, primul lor instinct este de a simplifica acel obiect. O carte nu este alcătuită din pagini de hârtie legate între ele cu lipici și sfoară, ci este o cutie. O mașină nu are anvelope de cauciuc care se rotesc, scaune reglabile în șase direcții, suporturi ample pentru pahare și un dezaburitor pentru geamul din spate; este o cutie. O persoană nu are două brațe, două picioare și un cap; nu este făcută din oase, mușchi, piele și păr; este o cutie. Acesta este începutul unui tip de desen folosit de fizicieni și ingineri numit diagrama corpului liber.
Fizica este construită pe procesul logic de analiză – descompunerea situațiilor complexe într-un set de situații mai simple. Acesta este modul în care ne generăm înțelegerea inițială a unei situații. În multe cazuri, această primă aproximare a realității este suficient de bună. Atunci când nu este, adăugăm un alt nivel la analiza noastră. Continuăm să repetăm procesul până când ajungem la un nivel de înțelegere care se potrivește nevoilor noastre.
Simpla desenare a unei cutii nu ne va spune nimic. Obiectele nu există în izolare. Ele interacționează cu lumea din jurul lor. O forță este un tip de interacțiune. Forțele care acționează asupra unui obiect sunt reprezentate prin săgeți care ies din cutie – din centrul cutiei. Acest lucru înseamnă că, în esență, fiecare obiect este un punct – un lucru fără nici un fel de dimensiuni. Cutia pe care am desenat-o inițial este doar un loc pentru a pune un punct, iar punctul este doar un loc pentru a începe săgețile. Acest proces se numește aproximare de punct și are ca rezultat cel mai simplu tip de diagramă de corp liber.
Să aplicăm această tehnică la o serie de exemple. Desenați o diagramă de corp liber a…
- o carte așezată pe o masă plană
- o persoană care plutește în apă liniștită
- o minge de demolat atârnată vertical de un cablu
- un elicopter care plutește pe loc
- un copil care împinge o căruță pe un teren plan
o carte așezată pe o masă plană
Primul exemplu: Să începem cu exemplul arhetipal cu care încep toți profesorii de fizică – o demonstrație atât de simplă încât nu necesită pregătire. Băgați mâna în sertar, scoateți manualul și așezați-l deasupra într-un mod corespunzător importanței sale. Priviți! O carte așezată pe o masă nivelată. Există ceva mai măreț? Acum priviți cum o reducem la esența ei. Desenați o cutie care să reprezinte cartea. Dacă te simți îndrăzneț, desenează o linie orizontală sub cutie pentru a reprezenta masa. Apoi identificați forțele care acționează asupra ei.
Ceva ține cartea jos. Trebuie să desenăm o săgeată care iese din centru și arată în jos pentru a reprezenta acea forță. Cu mii de ani în urmă, nu exista un nume pentru această forță. „Cărțile stau pe mese pentru că așa fac ele”, așa se gândea. Acum avem o înțelegere mai sofisticată a lumii. Cărțile stau pe mese pentru că gravitația le trage în jos. Am putea numi această săgeată Fg pentru „forța de gravitație” sau W pentru denumirea sa mai prozaică, greutatea. (Apropo, prozaic înseamnă non-poetic. Prosaic este un mod poetic de a spune comun. Prosaic este un cuvânt neprosaic. Înapoi la diagramă.)
Gravitația trage cartea în jos, dar aceasta nu cade. Prin urmare, trebuie să existe o forță care să împingă și cartea în sus. Cum numim această forță? „Forța mesei”? Nu, asta sună stupid și, în plus, nu faptul că este o masă este cea care creează această forță. Este o caracteristică pe care o are masa. Așezați o carte în apă sau în aer și ea se duce în jos. Ceea ce face ca o masă să funcționeze este faptul că este solidă. Deci, cum numim această forță? „Forța solidă”? De fapt, nu sună chiar atât de rău, dar nu este denumirea care se folosește. Gândiți-vă în felul următor. Dacă vă sprijiniți pe o masă, există o forță ascendentă. Sprijiniți-vă de un perete și există o forță laterală. Săriți pe o trambulină suficient de sus încât să vă loviți cu capul de tavan și veți simți o forță descendentă. Direcția forței pare întotdeauna să iasă din suprafața solidă. O direcție care este perpendiculară pe planul unei suprafețe se spune că este normală. Forța pe care o suprafață solidă o exercită asupra oricărui lucru în direcția normală se numește forță normală.
Denumirea unei forțe ca fiind „normală” poate părea puțin ciudată deoarece, în general, ne gândim la cuvântul normal ca însemnând obișnuit, obișnuit sau așteptat. Dacă există o forță normală, nu ar trebui să existe și o forță anormală? Originea cuvântului normal din limba engleză modernă este cuvântul latin pentru pătrat de tâmplar – norma. Cuvântul nu a căpătat sensul său actual decât în secolul al XIX-lea. Forța normală este mai aproape de sensul original al cuvântului normal decât comportamentul normal (comportament în unghi drept?), utilizarea normală (a se folosi numai în unghi drept?) sau temperatura normală a corpului (a lua temperatura în unghi drept?).
Am terminat? Ei bine, în ceea ce privește identificarea forțelor, da, am terminat. Aceasta este o problemă destul de simplă. Aveți o carte, o masă și Pământul. Pământul exercită o forță asupra cărții numită gravitație sau greutate. Masa exercită o forță asupra cărții numită forță normală sau forța normală. Ce altceva mai există? Forțele provin din interacțiunea dintre lucruri. Când rămâi fără lucruri, rămâi fără forțe.
Ultimul cuvânt pentru această problemă simplă este despre lungime. Cât de lungă ar trebui să desenăm săgeata care reprezintă fiecare forță. Există două moduri de a răspunde la această întrebare. Unul este: „Cui îi pasă?”. Am identificat toate forțele și avem direcțiile lor corecte, să mergem mai departe și să lăsăm algebra să se ocupe de restul. Acesta este un răspuns rezonabil. Direcțiile sunt cele care contează cu adevărat, deoarece ele determină semnul algebric atunci când începem să combinăm forțele. Algebra se va ocupa cu adevărat de tot. Al doilea răspuns este: „Cui îi pasă nu este un răspuns acceptabil”. Ar trebui să facem un efort și să determinăm care forță este mai mare având în vedere situația descrisă. Cunoașterea mărimii relative a forțelor ne poate spune ceva interesant sau util și ne poate ajuta să înțelegem ce se întâmplă.
Atunci ce se întâmplă? În esență, o grămadă de nimic. Cartea noastră nu merge nicăieri și nu face nimic interesant din punct de vedere fizic. Așteptați suficient de mult timp și hârtia se va descompune (asta e chimie), iar descompunătorii vor ajuta la descompunerea ei (asta e biologie). Având în vedere lipsa oricărei activități, cred că se poate spune că forța gravitațională descendentă este echilibrată de forța normală ascendentă.
W = N
În rezumat, desenați o cutie cu două săgeți de lungimi egale care ies din centru, una îndreptată în sus și alta în jos. Etichetați-o pe cea îndreptată în jos cu greutate (sau folosiți simbolul W sau Fg) și etichetați-o pe cea îndreptată în sus cu normalitate (sau folosiți simbolul N sau Fn).
Poate părea că am spus multe pentru o întrebare atât de simplă, dar am divagat cu un motiv. Erau destul de multe concepte care trebuiau explicate: identificarea forțelor de greutate și normală, determinarea direcțiilor și mărimilor relative ale acestora, să știi când să renunți la desen și să știi când să renunți la adăugarea forțelor.
o persoană care plutește în apă liniștită
Secund exemplu: o persoană care plutește în apă liniștită. Am putea desena o figură de băț, dar asta are prea multe detalii inutile. Nu uitați, analiza constă în descompunerea situațiilor complexe într-un set de lucruri simple. Desenați o cutie pentru a reprezenta persoana. Desenați o linie ondulată pentru a reprezenta apa, dacă aveți chef de fantezie. Identificați forțele care acționează asupra persoanei. Sunt pe Pământ și au masă, prin urmare au greutate. Dar știm cu toții cum este să plutești în apă. Te simți fără greutate. Trebuie să existe o a doua forță care să contracareze greutatea. Forța resimțită de obiectele scufundate într-un fluid se numește flotabilitate. Persoana este trasă în jos de gravitație și susținută în sus de flotabilitate. Deoarece persoana nu se ridică, nu se scufundă și nici nu se mișcă în altă direcție, aceste forțe trebuie să se anuleze
W = B
În rezumat, desenați o cutie cu două săgeți de lungimi egale care ies din centru, una îndreptată în sus și alta în jos. Etichetați-o pe cea îndreptată în jos cu greutatea (sau W sau Fg) și pe cea îndreptată în sus cu flotabilitatea (sau B sau Fb).
Flotabilitatea este forța pe care o resimt obiectele atunci când sunt scufundate într-un fluid. Fluidele sunt substanțe care pot curge. Toate lichidele și gazele sunt fluide. Aerul este un gaz, prin urmare, aerul este un fluid. Dar stați puțin, cartea din exemplul anterior nu era scufundată în aer? Am spus că existau doar trei obiecte în acea problemă: cartea, masa și Pământul. Ce se întâmplă cu aerul? Nu ar trebui să desenăm o a doua săgeată în sus pe carte pentru a reprezenta forța de plutire a aerului asupra cărții?
Aerul există într-adevăr și exercită într-adevăr o forță ascendentă asupra cărții, dar adăugarea unei săgeți suplimentare la exemplul anterior ne ajută cu adevărat să înțelegem situația în vreun fel? Probabil că nu. Oamenii plutesc în apă și chiar și atunci când se scufundă se simt mai ușori în apă. În acest exemplu, forța de plutire este semnificativă. Probabil că despre ea este vorba în problemă. Cărțile în aer se simt pur și simplu ca niște cărți. Oricare ar fi forța de plutire exercitată asupra lor este imperceptibilă și destul de greu de măsurat.
Analiza este o abilitate. Nu este un set de proceduri pe care le urmează cineva. Când reduci o situație la esența ei, trebuie să faci o judecată de valoare. Uneori efectele mici merită să fie studiate, iar alteori nu. O persoană atentă se ocupă de detaliile care sunt semnificative și ignoră în liniște restul. O persoană obsesivă acordă atenție tuturor detaliilor în mod egal. Cei dintâi sunt sănătoși din punct de vedere mental. Cei din urmă sunt bolnavi mintal.
o minge de demolat atârnând vertical de un cablu
Al treilea exemplu: o minge de demolat atârnând vertical de un cablu. Începeți prin a desena o cutie. Nu, așteptați, asta e o prostie. Desenați un cerc. Este o formă simplă și este forma lucrului propriu-zis. Desenează o linie care iese din partea de sus, dacă te simți înclinat. Păstrați-o ușoară, totuși. Nu vreți să fiți distras de ea când adăugați forțele.
Bila de demolat are masă. Se află pe Pământ (în câmpul gravitațional al Pământului, pentru a fi mai precis). Prin urmare, are greutate. Greutatea este îndreptată în jos. Un vector realizat.
Bila de demolat este suspendată. Nu este în cădere. Prin urmare, ceva acționează împotriva gravitației. Acel lucru este cablul care suspendă bila. Forța pe care o exercită se numește tensiune. Cablul este vertical. Prin urmare, forța este verticală. Gravitația în jos. Tensiunea în sus. Mărime?
Nimic nu pleacă nicăieri. Aceasta seamănă cu cele două întrebări anterioare. Tensiunea și greutatea se anulează.
W = T
În rezumat, desenați un cerc cu două săgeți de lungime egală care ies din centru, una îndreptată în sus și alta în jos. Etichetați-o pe cea îndreptată în jos cu greutatea (sau W sau Fg) și pe cea îndreptată în sus cu tensiunea (sau T sau Ft).
un elicopter care plutește pe loc
Al patrulea exemplu: un elicopter care plutește pe loc. Cum se desenează un elicopter? O cutie. Și dacă v-ați săturat să desenați cutii? Un cerc este o alternativă bună. Și dacă chiar și acesta este un efort prea mare? Desenează un cerc mic, presupun. Și dacă vreau să încerc să desenez un elicopter? Nu se vor acorda credite suplimentare.
Cunoașteți restul poveștii. Toate obiectele au greutate. Desenați o săgeată îndreptată în jos și etichetați-o. Elicopterul nu se ridică și nici nu cade. Ce îl ține sus? Rotorul. Ce forță aplică rotorul? Un rotor este un fel de aripă, iar aripile asigură portanța. Desenați o săgeată îndreptată în sus și etichetați-o.
Elicopterul nu este așezat pe sol, deci nu există o forță normală. Nu este un balon cu aer cald sau o navă pe mare, deci flotabilitatea nu este semnificativă. Nu există sfori atașate, deci tensiunea este inexistentă. Cu alte cuvinte, nu mai desenați forțe. Am menționat că a ști când să renunți este o abilitate importantă? Dacă nu, probabil că ar fi trebuit să o fac.
Încă o dată, avem un obiect care se îndreaptă rapid spre nicăieri. Când se întâmplă acest lucru, ar trebui să fie oarecum evident că forțele trebuie să se anuleze.
W = L
În rezumat, desenați un dreptunghi cu două săgeți de lungimi egale care ies din centru, una îndreptată în sus și alta în jos. Etichetați-o pe cea îndreptată în jos cu greutatea (sau W sau Fg) și pe cea îndreptată în sus cu portanța (sau L sau Fℓ).
și acum… legea
Să mai facem o diagramă de corp liber pentru a exersa.
un copil care împinge o căruță pe un teren plan
În primul rând, stabiliți despre ce este vorba în problemă. Aceasta este oarecum ambiguă. Ni se cere să desenăm copilul, căruța sau ambele? Răspunsul lung este: „depinde”. Răspunsul scurt este: „vă spun că vreau să vă ocupați de căruță”. Desenați un dreptunghi pentru a reprezenta căruța.
În continuare, identificați forțele. Gravitația trage totul în jos, așa că desenați o săgeată îndreptată în jos și denumiți-o greutate (sau W sau Fg, în funcție de preferințele dumneavoastră). Acesta nu cade, ci se află pe pământ solid. Asta înseamnă că este prezentă o forță normală. Solul este plan (adică orizontal), deci forța normală este îndreptată în sus. Desenați o săgeată îndreptată în sus și etichetați-o ca fiind normală (sau N sau Fn). Căruța nu se mișcă pe verticală, deci aceste forțe sunt egale. Desenați săgețile reprezentând normalul și greutatea cu lungimi egale.
W = N
Copilul împinge căruța. Trebuie să presupunem că el folosește căruța în scopul pentru care a fost concepută și o împinge pe orizontală. Eu citesc de la stânga la dreapta, ceea ce înseamnă că prefer să folosesc dreapta pentru direcția de înaintare pe hârtie, pe tablă, pe tablă albă și pe ecranele calculatoarelor. Desenează o săgeată spre dreapta care iese din centrul blocului. Nu văd niciun motiv pentru a da o denumire tehnică acestei forțe, așa că hai să o numim pur și simplu împingere (P). Dacă nu sunteți de acord cu mine, există o opțiune. Ați putea să o numiți forță aplicată (Fa). Acest lucru are avantajul de a vă face să păreți bine educat, dar are și dezavantajul de a fi mai puțin precis. Numirea unei forțe drept forță aplicată nu spune nimic despre ea, deoarece toate forțele trebuie să fie aplicate pentru a exista. Cuvântul „împingere” este, de asemenea, puțin vag, deoarece toate forțele sunt un fel de împingere sau de tragere, dar împingerea este ceva la care ne gândim, în general, că este făcută de mâini. Din moment ce nu există niciun beneficiu în a folosi tehnobabele și cuvântul simplu împinge descrie de fapt ceea ce face copilul, vom folosi cuvântul împinge.
Mișcarea pe Pământ nu are loc în vid. Când un lucru se mișcă, se mișcă prin sau peste altul. Când o roată se rotește pe o axă, cele două suprafețe se freacă una de cealaltă. Acest lucru se numește frecare uscată. Se poate folosi unsoare pentru a separa părțile metalice solide, dar acest lucru nu face decât să reducă problema la straturi din interiorul unsoarei care alunecă unele pe lângă altele. Aceasta se numește frecare vâscoasă. A împinge o căruță înainte înseamnă să împingi aerul din drum. Acesta este un alt tip de frecare vâscoasă numită rezistență. Roțile rotunde se încovoaie atunci când sunt încărcate, ceea ce le face dificil de rotit. Acest lucru se numește rezistență la rulare. Aceste forțe de rezistență sunt adesea numite colectiv frecare și sunt prezente peste tot. O analiză în lumea reală a oricărei situații care implică mișcare trebuie să includă frecarea. Desenați o săgeată spre stânga (opusă direcției presupuse a mișcării) și denumiți-o frecare (sau f sau Ff).
Acum urmează partea dificilă. Cum se compară forțele orizontale? Este împingerea mai mare sau mai mică decât frecarea? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie mai întâi să facem ceva pentru care fizicienii sunt renumiți. Vom ieși din lumea reală și vom intra într-un tărâm fantastic. Ne vom pretinde că frecarea nu există.
Vezi pendulul care se balansează. Ochii tăi devin greoi. Ți se face somn. Somnolență. O să număr până la trei. Când voi spune cuvântul trei vă veți trezi într-o lume fără fricțiune. Unu. Doi. Trei. Bine ați venit în lumea reală. Nu, stai, asta e o replică din Matrix.
Să presupunem că hipnoza a funcționat, acum ar trebui să alunecați de pe ceea ce stați și să cădeți pe pământ. În timp ce ești acolo jos, aș vrea să răspunzi la această întrebare aparent simplă. De ce este nevoie pentru a face ceva să se miște? Mai precis, de ce este nevoie pentru a face ceva să se miște cu o viteză constantă?
În lumea reală, unde frecarea este peste tot, mișcarea se reduce. Apasă frânele mașinii tale și te vei opri destul de repede. Opriți motorul mașinii dvs. și veți ajunge la o oprire treptată. Aruncați o bilă de bowling pe pista dvs. și probabil că nu veți percepe o schimbare prea mare a vitezei. (Totuși, dacă sunteți un bun jucător de bowling, probabil că sunteți obișnuit să vedeți cum bila se curbează în buzunar. Nu uitați, viteza este viteza plus direcția. Ori de câte ori se schimbă una dintre ele, viteza se schimbă). Loviți un puc de hochei cu o crosă de hochei și, practic, îl veți vedea mișcându-se cu o viteză într-o singură direcție. Am ales aceste exemple și le-am prezentat în această ordine cu un motiv. Există mai puțină frecare în mersul în marșarier până la oprire decât în frânarea până la oprire. Există mai puțină frecare într-un puc de hochei pe gheață decât într-o bilă de bowling pe o pistă de lemn.
Ce ziceți de un exemplu ceva mai puțin cotidian? Împingeți un vagon de tren pe o cale ferată plană. Credeți că nu puteți să o faceți? Ei bine, mai gândește-te o dată. Nu vă cer să împingeți un tren întreg sau chiar o locomotivă – doar un vagon frumos și gol sau un vagon de metrou. De asemenea, nu spun că va fi ușor. S-ar putea să aveți nevoie de un prieten sau doi care să vă ajute. Acesta este un lucru care se face în mod obișnuit de către echipele de întreținere a căilor ferate.
Lucrători care mută un vagon de metrou. Sursa: 所さんの目がテン！
Mai mult text
FINALIZEAZĂ ACEST LUCRU CU O REFERINȚĂ LA GALILEO
Cerestul este un loc unde nu se întâmplă nimic niciodată.
Isaac Newton (1642-1727) Anglia. A făcut cea mai mare parte a muncii în timpul anilor de ciumă din 1665 & 1666. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principiile matematice ale filosofiei naturale) publicată în 1687 (decalaj de peste 20 de ani!) pe cheltuiala lui Halley.
Lex. I. Legislație I. Corpus omne perſeverare in ſtatu ſuo quieſcendi vel movendi uniformiter in directum, niſi quatennus illud a viribus impreſſi cogitur ſtatum suummutare. Care corp perseverează în starea sa de repaus sau de mișcare uniformă pe o linie dreaptă, dacă nu este constrâns să-și schimbe această stare de forțele care i se imprimă. Projectilia perſeverant in motibus ſuis, niſi quatenus a reſiſtentia aëris retardantur, & vi gravitatis impelluntur deorſum. Trochus, cujus partes cohærendo perpetuo retrahunt ſeſeſe a motibus rectilineis, non ceſſat rotari, niſi quatenus ab aëre retardantur. Majora autem planetarum & cometarum corpora motus ſuos & progreſſivos & circulares in ſpatiis minus reſiſtentibus factos conſervant diutius. Proiectilele își continuă mișcarea, în măsura în care nu sunt întârziate de rezistența aerului sau împinse în jos de forța de gravitație. Un vârf, ale cărui părți, prin coeziunea lor, sunt continuu trase în afară de mișcările rectilinii, nu-și încetează rotațiile, altfel decât dacă este întârziat de aer. Corpurile mai mari ale planetelor și cometelor, întâlnind mai puțină rezistență în spații mai libere, perseverează în mișcările lor atât progresive, cât și circulare mult mai mult timp.
(Newton, interpretat de Elert)
Un obiect în repaus tinde să rămână în repaus, iar un obiect în mișcare tinde să continue să se miște cu viteză constantă, dacă nu este constrâns de o forță exterioară netă să acționeze altfel.
Această propoziție destul de complicată spune destul de multe. O concepție greșită frecventă este aceea că obiectele în mișcare conțin o cantitate numită „go” (sau ceva de genul acesta – pe vremuri se numea „impuls”) și că, în cele din urmă, se opresc deoarece nu mai au „go”.
Dacă asupra unui corp nu acționează nicio forță, viteza și direcția sa de mișcare rămân constante.
Mișcarea este o stare la fel de naturală ca și repausul.
Mișcarea (sau lipsa de mișcare) nu are nevoie de o cauză, dar o schimbare în mișcare are nevoie.
Definitio. III. Definiția III. Materiæ vis insita est potentia resistendi, qua corpus unumquodque, quantum in se est, perseverat in statu suo vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum. Vis insita, sau forța înnăscută a materiei, este o putere de rezistență, prin care fiecare corp se străduiește să persevereze în starea sa actuală, fie că este de repaus, fie că se mișcă uniform înainte într-o linie dreaptă. … … Definitio. IV. Definiție IV. Vis impressa est actio in corpus exercita, ad mutandum ejus statum vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum. O forță imprimată este o acțiune exercitată asupra unui corp, pentru a-i schimba starea, fie de repaus, fie de înaintare uniformă pe o linie dreaptă. Consistit hæc vis in actione sola, neque post actionem permanet in corpore. Perserverat enim corpus perserverat in statu omni novo per solam vim inertiæ. Est autem vis impresa diversarum originum, ut ex ictu, ex pressione, ex vi centripeta. Această forță constă numai în acțiune; și nu mai rămâne în corp atunci când acțiunea s-a terminat. Căci un corp își menține fiecare stare nouă pe care o dobândește, numai prin vis inertiæ. Forțele imprimate sunt de origini diferite, ca de la percuție, de la presiune, de la forța centripetă.
În general, inerția este rezistența la schimbare. În mecanică, inerția este rezistența la schimbarea vitezei sau, dacă preferați, rezistența la accelerație.
În general, o forță este o interacțiune care provoacă o schimbare. În mecanică, o forță este cea care provoacă o schimbare a vitezei sau, dacă preferați, cea care provoacă o accelerație.
Când mai multe forțe acționează asupra unui obiect, importantă este forța netă. Deoarece forța este o mărime vectorială, folosiți geometria în loc de aritmetică atunci când combinați forțele.
Forță externă: Pentru ca o forță să accelereze un obiect, ea trebuie să provină din afara acestuia. Nu te poți trage singur în sus de propriile tale cizme. Oricine spune că poți, se înșeală la propriu.