Γιατί σε ένα φρενάρισμα τιναζόμαστε προς τα εμπρός; Στο τέλος αυτής της παρουσίασης θα είστε σε θέση να εξηγήσετε αυτό και πολλά άλλα φαινόμενα της καθημερινής ζωής!

1. Κεφάλαιο 1.2
Δυναμική σε μία διάσταση
13η παρουσίαση
Φροντιστήριο Μ.Ε. ΤΖΑΝΕΤΟΥ
www.frontistiriotzanetou.com
Ο πρώτος νόμος
του Νεύτωνα

2. § 1.2.3 Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα
Ο Isaac Newton (επιστήμονας του 17ου αιώνα) διατύπωσε τρεις νόμους οι
οποίοι εξηγούν γιατί τα σώματα κινούνται (ή δεν κινούνται) με τον τρόπο
που κινούνται. Οι νόμοι αυτοί είναι γνωστοί ως “οι νόμοι του Νεύτωνα για
την κίνηση”. Σε αυτή την παρουσίαση θα ασχοληθούμε με τον πρώτο νόμο
του Νεύτωνα ο οποίος συχνά λέγεται και νόμος της αδράνειας.
“ Ένα σώμα που ηρεμεί εξακολουθεί να ηρεμεί και ένα σώμα που κινείται
εξακολουθεί να κινείται με την ίδια ταχύτητα και την ίδια κατεύθυνση αν
δεν ασκείται πάνω του δύναμη που δεν εξουδετερώνεται (από άλλη δύναμη),
δηλαδή αν η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται στο σώμα είναι ίση
με το μηδέν. ”
Πώς διατυπώνεται ο πρώτος
νόμος του Νεύτωνα;
Χμμμ, κάπως έτσι!

3. Υπάρχουν δύο σκέλη σε αυτή τη διατύπωση. Το ένα σκέλος προβλέπει τη
συμπεριφορά των σωμάτων που ηρεμούν (ακίνητα) και το άλλο σκέλος
προβλέπει τη συμπεριφορά των κινούμενων σωμάτων.
Οι δυνάμεις
αλληλοεξουδετερώνονται
Σώματα σε ηρεμία Σώματα σε κίνηση
(υ=0) (υ≠0)
α=0 α=0
Παραμένουν σε ηρεμία Παραμένουν σε κίνηση
(ίδια ταχύτητα &
κατεύθυνση)

4. Εφαρμογές του πρώτου νόμου του Νεύτωνα
στην καθημερινή ζωή
Ο οδηγός του αυτοκινήτου βρίσκεται στην ίδια κινητική κατάσταση με το
αυτοκίνητο, αφού είναι μέσα σε αυτό. Το αυτοκίνητο προσκρούει στον τοίχο
και επιβραδύνεται απότομα μέχρι που ακινητοποιείται. Αν ο οδηγός φορούσε
τη ζώνη ασφαλείας θα δεχόταν από τη ζώνη την απαραίτητη δύναμη που
θα τον επιβράδυνε. Όμως, ο οδηγός δεν τη φορά, οπότε εξακολουθεί να έχει
την ίδια κινητική κατάσταση, για αυτό εκτινάσσεται προς τα εμπρός.

5. Εδώ βλέπουμε το ίδιο φαινόμενο. Η σκάλα είναι στην οροφή του
φορτηγού και κινείται μαζί του οπότε βρίσκεται στην ίδια
κινητική κατάσταση με αυτό. Το φορτηγό προσκρούει στο
μπροστινό αυτοκίνητο και επιβραδύνεται απότομα μέχρι που
ακινητοποιείται. Η σκάλα, η οποία δεν είναι δεμένη,
εκτινάσσεται προς τα εμπρός.

6. Πάνω στο στόμιο ενός
ποτηριού τοποθετώ μια
κάρτα (π.χ.
τραπουλόχαρτο) με ένα
κέρμα. Τινάζω την
κάρτα με το δάχτυλό μου
και το κέρμα πέφτει
μέσα στο δοχείο.
Μπορείτε να το
εξηγήσετε;

7. Σε πλαστικό ή χάρτινο πιάτο φαγητού, του οποίου ένα μέρος έχω αφαιρέσει
κόβοντάς το, βάζω μια μικρή σφαίρα και τη θέτω σε κίνηση σπρώχνοντάς
την. Η σφαίρα κινείται σε κυκλική τροχιά λόγω της δύναμης που δέχεται
από το τοίχωμα του πιάτου. Όταν όμως η σφαίρα εγκαταλείπει το πιάτο, η
δύναμη του τοιχώματος παύει να ενεργεί και η σφαίρα κινείται σε ευθεία
γραμμή με την ταχύτητα που είχε εκείνη τη στιγμή, υπακούοντας στον
πρώτο νόμο του Νεύτωνα.
Προς τα πού θα κινείτο η
Σελήνη αν η γήινη βαρύτητα
εξαφανιζόταν ξαφνικά;
(Μην ανησυχείτε, αυτό δεν
πρόκειται να συμβεί!)
Αυτό το πείραμα δίνει ένα καλό
ανάλογο.

8. Ένα εντυπωσιακό πείραμα που μπορείτε να κάνετε κι εσείς στο σπίτι. (Όπως
φαίνεται στη δεξιά εικόνα, όχι στην αριστερή!) Πάνω σε ένα μικρό
τραπεζομάντηλο τοποθετήστε το σετ φαγητού: ένα πιάτο, μαχαιροπίρουνα και
ένα ποτήρι νερό. Τραβήξτε απότομα το τραπεζομάντηλο. Τα σκεύη θα μείνουν
πάνω στο τραπέζι, δεν θα μετακινηθούν σχεδόν καθόλου. Μπορείτε να το
εξηγήσετε;
Σημείωση: Το πείραμα δεν θα πετύχει με την πρώτη οπότε καλύτερα να
χρησιμοποιήσετε πλαστικά σκεύη!

9. Αδράνεια και μάζα
Η συμπεριφορά όλων των σωμάτων μπορεί να περιγραφεί λέγοντας ότι τα
σώματα τείνουν να εξακολουθούν να κάνουν ό,τι κάνουν, εκτός αν δράσει
πάνω τους μια δύναμη που δεν εξουδετερώνεται. Στην πραγματικότητα,
είναι η φυσική τάση που έχουν τα σώματα να αντιστέκονται σε οποιαδήποτε
μεταβολή της κινητικής τους κατάστασης. Η τάση αυτή περιγράφεται ως
αδράνεια.
Η ιδέα του Νεύτωνα για την αδράνεια ήταν αντίθετη με τις πιο δημοφιλείς
ιδέες περί κίνησης. Το κύριο σκεπτικό που επικρατούσε πριν την εποχή του
Νεύτωνα ήταν ότι η φυσική τάση των σωμάτων είναι να ηρεμούν, δηλαδή
ότι η φυσική τους κατάσταση είναι η ακινησία.
Αδράνεια: η αντίσταση που
παρουσιάζει ένα σώμα σε μια αλλαγή
της κινητικής του κατάστασης

10. Φαντάζομαι ότι ο Νεύτωνας
συνέλαβε την έννοια της
αδράνειας.
Ο Νεύτωνας γεννήθηκε το 1642,
τη χρονιά που πέθανε ο Γαλιλαίος.
Κι όμως, όχι! Ήταν ο
Γαλιλαίος.
Ο Γαλιλαίος ανέπτυξε την έννοια της αδράνειας. Εξήγησε ότι τα κινούμενα
σώματα τελικά σταματούν λόγω μιας δύναμης που ονομάζεται τριβή.
Πραγματοποιώντας πειράματα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα κινούμενο
σώμα θα μπορούσε να κινείται για πάντα αν απουσίαζε η τριβή.
Ο Νεύτωνας στηρίχτηκε στις ιδέες του Γαλιλαίου και τις επέκτεινε. Ο πρώτος
νόμος του Νεύτωνα διακηρύσσει ότι δεν απαιτείται μια δύναμη για να
διατηρηθεί ένα σώμα σε κίνηση.

11. Όλα τα σώματα έχουν την ίδια αδράνεια; Σίγουρα όχι! Η αδράνεια ενός
σώματος, δηλαδή η τάση του να αντιστέκεται σε όποια μεταβολή της
κινητικής του κατάστασης, εξαρτάται από τη μάζα του. Η μάζα είναι ο
μοναδικός παράγοντας που καθορίζει την αδράνεια ενός σώματος.
Συγκεκριμένα, όσο περισσότερη αδράνεια έχει ένα σώμα, τόσο περισσότερη
είναι η μάζα του.
Το μέτρο της αδράνειας
είναι η μάζα
Κουίζ
Υποθέστε ότι πάνω σε τραπέζι έχετε δύο πανομοιότυπα τούβλα.
Γνωρίζετε ότι το ένα αποτελείται από ασβεστοκονίαμα και το
άλλο από φελιζόλ. Χωρίς να τα σηκώσετε, πώς θα αναγνωρίσετε
το τούβλο από φελιζόλ;

12. Παρακολουθήστε ένα υπέροχο βίντεο για την
αδράνεια, πατώντας στην εικόνα που ακολουθεί.
Σημείωση:
Για οικονομία χρόνου δείτε το βίντεο από τη χρονική
στιγμή 1.26s

13. Σύνταξη-επιμέλεια
Γιώτα Τζανέτου
Πηγές:
1. www.physicsclassroom.com
2. UCLA Physics & Astronomy
3. HyperPhysics