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

Forte echilibrate si neechilibrate

Legea 1 a lui Newton a fost frecvent enuntata in aceasta lectie.

Un obiect tinde sa ramina in repaos sau in miscare cu aceeasi viteza si in aceasi directie daca nu cumva este actionat de o forta neechilibrata.

Dar ce in mod exact inseamna "forta neechilibrata"? In cautarea unui raspuns sa consideram cartea de fizica in repaos pe suprafata mesei. Exista doua forte actionind asupra cartii.O forta, atractia gravitationala a pamintului, se exercita in jos. A doua forta impingerea de catre masa asupra cartii (uneori denumita forta normala) in sus. 

Pentru ca aceste doua forte sint egale in modul si au sensuri opuse, ele se echilibreaza reciproc. Se spune, cartea este in echilibru. Nu exista o forta neechilibrata actionind asupra cartii si asa aceasta isi mentine starea de miscare (in fapt repaos). Cind toate fortele actionind asupra unui obiect se echilibreaza reciproc acesta va fi in echilibru, nu va accelera.  (Observatie: diagrame asemenea celei din dreapta-sus sint cunoscute ca diagrama corpului liber si vor fi discutate in detaliu in Lectia 2.)

Sa consideram un alt exemplu al unei forte echilibrate, o persoana in picioare pe pamint. Exista doua forte actionind asupra persoanei. Forta gravitationala se exercita in jos. Forta de impingere a podelei exercita o forta in sus.

Pentru ca aceste doua forte sint egale in modul si au sensuri opuse, ele se echilibreaza reciproc. Persoana este in echilibru. Nu exista o forta neechilibrata actionind asupra persoanei si astfel persoana isi mentine starea.  (Observatie: diagrama asemenea celei din sus sint cunoscute ca diagrama corpului liber si va fi discutata in detaliu in Lectia 2.)

Acum consideram o carte alunecind din stinga spre dreapta pe deasupra unei mesei. Odata, anterior, cartii i-a fost dat un impuls (impingere brusca cu soc) si s-a pus in miscare din pozitia de repaos. Sau poate a obtinut miscare alunecind in jos pe un plan inclinat dintr-o pozitie ridicata. Oricum nu ne intereseaza cum a fost anterior starea cartii in acest moment, mai degraba ne concentram asupra cartii alunecind pe suprafata mesei. Cartea este in miscare si acum nu exista o actiune asupra ei. (Reamintim nu este necesara o forta sa mentina miscarea unui obiect.) Fortele actionind asupra cartii sint aratate mai jos.

Forta gravitatiei care atrage in jos si forta mesei care impinge in sus cartea sint egale in modul si pe aceasi dreapta in sensuri opuse. Aceste doua forte se echilibreaza reciproc. Alta forta nu exista sa echilibreze forta de frecare.  In timp ce cartea se misca spre dreapta, frecarea se actioneaza spre stinga sa incetineasca miscarea cartii. Aceasta forta este o forta neechilibrata si astfel cartea isi schimba starea de miscare. Cartea nu mai este in echilibru si in consecinta decelereaza. Fortele neechilibrate provoaca acceleratie (sau deceleratie). In acest caz, pentru ca forta neechilibrata este in sens opus miscarii va provoca deceleratie (o incetinire a miscarii cartii pina la oprire binenteles, pentru ca frecarea actioneaza numai in timpul miscarii).

A determina daca fortele care actioneaza asupra unui obiect sint sau nu echilibrate inseamna a analiza care sint fortele-vector. Daca doua forte singulare care actioneaza asupra obiectului sint egale in modul si de sensuri opuse pe aceeasi directie atunci sint denumite forte echilibrate. Se spune despre un obiect ca "este actionat de o forta neechilibrata" numai cind o forta singulara care actioneaza asupra obiectului nu este echilibrata de o alta forta egala in modul si de sens opus pe aceeasi directie. Asemenea analize sint discutate in Lectia 2 a acestei parti si aplicate in Lectia 3.

Verificati-va cunostintele

Un timplar arunca o cutie de 5.0 kg cu sindrila (greutatea aproximativ
50.0 N~ 5kgf) de pe acoperisul unui hambar pe o capita cu fin mai jos. Lovirea de capita anuleaza forta de 50.0 N, echilibrind forta gravitationala. Foloseste acest enunt sa raspunzi urmatoarelor intrebari. Clic pe sageata meniului saritor sa vezi raspunsurile.

1. Care din urmatoarele grafice descrie cel mai bine miscarea sindrilei? Sustineti-va motivarea!

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Graficul B este bun. La inceput sindrilele accelereaza cu sens negativ (in jos) pina loveste capita de fin; la lovirea capitei sindrila sufera un echilibru de forte (50 N in jos datorita gravitatiei si 50 N in sus datorita capitei). Astfel isi vor sfirsi miscarea accelerata intr-o viteza constanta. Graficul B descrie amindoua fazele miscarii, acceleratia negativa initiala si viteza finala constanta.

2. Care din urmatoarele benzi gaurite (in ritmul vitezei presupunem) descrie cel mai bine miscarea caderii sindrilei de cind este aruncata pina ce loveste capita cu fin? Sageata pe diagrama arata punctul in care sindrila loveste capita de fin. Sustineti-va raspunsul cu explicatii!

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Banda A. Prima oara sindrila acceleraza in sens negativ (in jos) pina cind loveste capita cu fin. La lovirea capitei sindrila sufera o echilibrare a fortelor (50 N in jos datorita gravitatiei si 50 N in sus datorita capitei). Astfel sindrila va sfirsi intr-o miscare cu cu viteza constanta. Banda descrie ambele faze de miscare, initial accelerata si finala cu viteza constanta.

3. Citiva din prietenii timplarului priveau miscarea de cadere a sindrilei. Ei au inceput discutarea miscarii si au facut urmatoarele comentarii. Indicati daca fiecare din comentarii este corect sau incorect. Sustineti-va raspunsurile!

A. Odata capita de fin lovita sindrila este echilibrata si se opreste.

Adevarat sau fals? Clic pe sageata se vezi raspunsul! Fals. Odata lovita capita fortele sint echilibrate (50 N in jos si 50 N in sus). Oricum un obiect in miscare (asemenea sindrilei) va continua miscarea cu aceeasi viteza si in aceeasi directie daca acolo nu exista o forta de dezechilibru. Cind sindrila loveste capita se termina acceleratia dar nu se stopeaza miscarea.

B. La lovirea capitei de fin sindrila va accelera pentru ca i se aplica o forta in sus.

Adevarat sau fals? Clic pe sageata se vezi raspunsul! Fals. Odata lovita capita fortele sint echilibrate (50 N in jos si 50 N in sus). Forta in sus a capitei de fin este echilibrata de atractia in jos a gravitatiei. Sindrila va continua miscarea cu viteza constanta.

C. La lovirea capitei sindrila va sari in sus datorita fortei in sus.

Adevarat sau fals? Clic pe sageata se vezi raspunsul! Fals. Odata lovita capita fortele sint echilibrate (50 N in jos si 50 N in sus). Sindrila ar sari in sus numai daca capita de fin ar fi aplicat o forta mai mare decit 50 N. Cum s-a declarat in enunt capita aplica o forta de numai 50 N in sus. Mai mult forta in sus prima oara ar incetini miscarea sindrilei in jos o acceleratie in jos micsorindu-se in modul (deceleratie) inainte de a putea sa se miste in sus.

4. Daca fortele care actioneaza asupra unui obiect sint echilibrate atunci obiectul :

A. trebuie sa nu se miste. .

B. trebuie sa se miste cu o viteza constanta.

C. trebuie sa nu aiba acceleratie. 

D. niciuna de deasupra.

Clic pe sageata se vezi raspunsul! Raspuns: C Raspunsul ar putea sa fie A (dar nu trebuie sa fie A) si ar putea sa fie B (dar nu trebuie sa fie B). Un obiect avind forte echilibrate in mod cert si totdeauna nu poate fi accelerat. Aceasta inseamna ca ar putea fi in repaos si ramine in repaos (o optiune) sau ar fi in miscare la viteza constanta (a doua optiune). In orice situatie totdeauna nu va avea acceleratie- punctul C din patru optiuni.

Spre Lectia 2