Lectia 1: Legea 1 a lui Newton
(Legea 1 a miscarii)

Inertia si Masa

Legea 1 a lui Newton de miscare enunta ca "Un obiect in repaos tinde sa ramina in repaos si un obiect in miscare tinde sa ramina in miscare cu aceeasi viteza si aceeasi directie daca nu cumva actioneaza asupra lui o forta de dezechilibru, asta e "obiectele continua sa faca ce fac". De fapt este tendinta naturala a obiectelor sa reziste schimbarilor in starea lor. Aceasta tendinta de a se opune schimbarii starii este descrisa ca INERTIE. 

In acele timpuri, teoria lui Newton despre inertie era in opozitie cu cele mai populare conceptii despre miscare. Prioritar in gindirea dominanta a zilelor lui Newton era ca tendinta naturala a obiectelor este sa revina in repaos. Obiectele in miscare, asa s-a crezut, s-ar opri opri in cele din urma pentru ca o forta era necesara sa mentina miscarea. Daca s-a lasat liber, un obiect in miscare in cele din urma s-ar opri in repaos si va ramine in repaos, astfel, ideea care a dominat gindirea pentru aproape 2000 de ani inainte de Newton era ca tendinta naturala a obiectelor presupune o pozitie de repaos.

Galileo, primul om de stiinta al secolului al 17-lea, a descoperit teoria inertiei. Galileo a motivat ca obiectele in miscare se opresc in cele din urma din cauza unor forte denumite forte de frictiune. In experimentele cu perechea de planuri inclinate identice asezate fata in fata, Galileo a observat ca o bila se rostogoleste in jos pe un plan cu aproape aceeasi distanta cu care urca pe planul opus. Daca planurile folosite erau din ce in ce mai netede, lipsite de asperitati, inaltimea la urcare era din ce in ce mai aproape de inaltimea de la care coborise. Galileo a motivat ca orice diferenta intre inaltimea initiala si finala este datorita prezentei frecarii si a postulat ca daca frecarea ar fi eliminata in intregime, atunci bila ar ajunge exact la aceeasi inaltime pe planul opus.

Galileo a observat in continuare, privitor la unghiurile planelor inclinate, ca inaltimea finala era aproape totdeauna egala cu inaltimea initiala. Daca panta planului opus era redusa, atunci bila s-ar fi rostogolit o distanta mai mare ca sa ajunga la inaltimea initiala.

Motivarea lui Galileo a continuat – daca planul opus era adus la un unghi cu orizontala de 0-grade, atunci bila s-ar rostogoli pentru totdeauna in efortul sa ajunga la inaltimea initiala.

Isaac Newton a construit pe gindirea despre miscare a lui Galileo. Legea 1 a lui Newton despre miscare nu precizeaza ca este nevoie de o forta sa tina un obiect in miscare. O forta care pare sa tina un obiect in miscare de fapt echilibreaza o alta forta sa nu intrerupa miscarea. Acesta este si motivul pentru care asa mult timp s-a crezut ca pentru miscare este nevoie de o forta si multi elevi cred acelasi lucru. Ce altceva poti crede cind vezi tot timpul oameni care muta obiecte actionind in forta. DAR APARENTELE INSEALA !. De ce totusi cind actiunea fortei omului inceteaza obiectul ajunge in repaos? Arunca o carte pe masa si urmareste-i alunecarea pina la oprire. Oare pentru ca nu mai actionat asupra ei se opreste? Cartea pe suprafata mesei nu vine in repaos in absenta unei forte, dimpotriva chiar prezenta fortei de frecare o opreste. In absenta acestei forte cartea va continua miscarea pentru totdeauna (sau pentru a glumu cel putin pina la marginea mesei). O forta nu este necesara sa tina cartea in miscare, mai degraba trebuie sa invinga frecarea pentru a nu mai produce acceleratia de oprire (sau frinare). Intr-adevar exista o forta care aduce cartea in repaos si aceastan este forta de frecare.

Toate obiectele se opun schimbarilor de stare. Toate obiectele au aceasta tendinta-au inertie. Dar unele obiecte au mai multa tendinta sa se opuna schimbarilor decit altele? Da, in mod absolut! Tendinta unui obiect de a se opune schimbarii starii sale este dependenta de masa pe care o are. Masa mai mare inseamna inertie mai mare. 

Presupune doua caramizi aparent identice in repaos pe o masa. Una este din argila iar celalalta din creta. Fara a ridica caramizile cum am putea sa ne dam seama care este fiecare dintre ele? Ai putea sa la impingi in acelasi fel sa le schimbi starea de miscare, Caramida care se opune mai putin e din creta, cea mai usoara, are masa mai mica.

O demonstratie de fizica simpla se sprijina pe principiul ca cu cit mai masiv este obiectul, cu atit mai mult tinde sa se opuna schimbarii in starea lui de miscare. Demonstratia se petrece asa: citeva carti masive sint plasate pe capul profesorului de fizica (va pare bine nu-i asa?  O scindura de lemn este plasata deasupra cartilor si un ciocan este folosit sa bata un cui in in scindura. . Datorita masei mari a cartilor, lovitura este suficient atenuata (principiul nicovalei) adica pachetul de carti se opune loviturii ciocanului schimbindu-si starea de repaos intr-o miscare foarte lenta care nu provoaca durere, Aceasta nu este simtita de profesorul de fizica.  Due to the large mass of the books, the force of the hammer is sufficiently resisted (inertia). This is demonstrated by the fact that the blow of the hammer is not felt by the teacher. O varianta a demonstratiei implica zdrobirea unei caramizi peste mina profesorului folosind o lovitura rapida de ciocan. Caramida masiva se opune fortei si mina nu este ranita. (ATENTIE: Nu incerca demonstratia acasa!)

Verificati cunostintele acumulate

Citeste urmatoarele intrebari si raspunde. Apoi clic pe sageata meniului saritor sa vezi raspunsul?

1. Imaginati-va un loc in cosmos departe de toate influentele gravitationale si de frecare. Presupune acolo un astronaut care arunca o piatra. Ce va face piatra?

a) se opreste treptat.

b) continua miscarea in aceeasi directie la viteza constanta.

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Raspunsul este b. In acord cu Legea 1 a lui Newton, a inertiei piatra isi va continua miscarea in aceeasi directie si la viteza constanta.

2. Un obiect de 2-kg se misca orizontal cu o viteza de 4 m/s. Ce forta efectiva este necesara sa tina obiectul in miscare cu aceeasi viteza si in aceeasi directie?

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Raspunsul: O N Un obiect in miscare isi va mentine staea de miscare. Prezenta unei forte neechilibrate ar schmba starea de miscare a obiectului.

3. Un elev si o eleva se contrazic intr-o cofetarie. Elevul spune ca daca arunca un jeleu cu viteza mai mare va capata o inertie mai mare. Eleva argumenteaza ca inertia nu depinde de viteza ci de masa. Cu cune esti de acord? De ce? 

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Eleva are dreptate. Inertia este marimea care depinde numai de masa. Masa mai mare, mai multa inertie. Momentul este o marime in fizica care depinde de amindoua masa si viteza, acesta este. confuzia elevului. Momentul va fi discutat intr-o parte a cursului mai tirziu.

4. Daca ai fi intr-un spatiu fara gravitatie, ar fi necesara o forta sa pui un obiect in miscare? 

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Da, cu siguranta! Totdeauna obiectele au masa; si daca au masa, au inertie. Asa este, un obiect in spatiu se opune schimbarilor in starea sa de miscare. O forta trebuie aplicata sa puna in miscare un obiect stationar. Legile lui Newton se aplica oriunde!

5. Domnul Flaminzila petrece majoritatea dupa amiezelor duminica la odihna pe fotoliu, privind jocurile de fotbal si consumind mari cantitati de mincare. Ce efect (daca este) are aceasta obisnuinta asupra inertiei lui? Explicati! 

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Inertia domnului X va creste! D-l X isi va creste masa daca isi face un obicei din asta; si daca masa sa creste, atunci inertia sa creste.

6. Domnul Vacaru este alergat prin padure de un taur pe care incerca sa-l fotografieze. Masa enorma a taurului este foarte amenintatoare. Totusi, daca D-l T face zigzaguri printre copaci va fi capabil sa foloseasca masa enorma a taurului in avantajul sau. Explicati aceasta in termenii inertiei si legilor lui  Newton sau a legilor miscarii.

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Masa mare a taurului inseamna ca acesta are inertie mare. Astfel T fiind mai usoar, este capabil sa-si schimbe starea de miscare (sa faca schimbari de directie) mai usor decit o face taurul, si mai repede. Din cauza masei taurul schimba dificil directia si deci starea de miscare pierzind timpul si D-l T scapa de urmaritor. Fizica pentru supravietuire.

7. Doua caramizi sint in repaos pe marginea unui dulap de laborator. Domnisoara elev sta pe virfuri si fixeaza cele doua caramizi. Eleva manifesta o dorinta  sa cunoasca care din cele doua este mai grea. Pentru ca eleva nu poate ajunge sa ridice caramizile dar poate sa le atinga si sa le impinga. Explica cum procesul de impingere va permite elevei care din cele doua caramizi este mai grea! Explica cum diferentele conduc la concluzie!

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Caramizile ca orice obiect poseda inertie. Asta inseamna ca se vor opune schimbarii starii lor de miscare. Daca eleva le impinge, atunci caramizile se vor opune la impingere. Cea cu masa mai mare va avea inertia mai mare si va fi cea care va opune o rezistenta mai mare. Aceasta metoda de detectare a masei poate fi folsita pe pamint precum si in locatiile in care fortele gravitationale pentru caramizi sint neglijabile.

Urmeaza >>