Lectia 3: Legea 2 a lui Newton
Legea a doua a miscarii

O mare confuzie

Deci ce mare lucru este de inteles? Multi oameni au cunoscut legea 1 a lui Newton din clasele primare (poate si mai devreme?) si daca este afisata pe citeva linii poate fi recitata cuvint cu cuvint ca pe o poezie. Si ce este asa dificil sa-ti reamintesti formula F = ma? Pare sa fie o simpla ecuatie algebrica de rezolvat problema de magazie. Priceperea deosebita nu este sa reciti prima lege nici sa folosesti legea 2 sa rezolvi probleme, mai degraba abilitatea consta in patrunderea sensurilor legilor si intelegerea implicatiilor. In timp ce majoritatea oamenilor cunosc enuntul legilor nu cunosc semnificatia lor (simplu nu cred in enunturile lor).

Psihologii care studiaza cum invata elevii au aratat ca elevii la fizica vin cu o serie de prejudecati de care nu doresc sa se elibereze in ciuda evidentei contrariului.  Aceste prejudecati despre miscare (cunoscute drept confuzii teoretice)  stinjeneste cunosterea profunda. ca These beliefs about motion (known as misconceptions) hinder further learning. Sarcina de a invinge confuziile teoretice implica constientizarea considerind si teoriile alternative si explicatiile o evaluare personala a alternativelor si adoptarea teoriei juste confirmate de practica.  Procesul implica autoreflectie (sa-ti descoperi prejudecatile), gindire critica (sa analizezi alternativele) si evaluare (sa alegi modelul teoretic corespunzator care descrie cel mai bine miscarea obiectelor).

Cea mai mare confuzie despre miscare este si cea mai veche, ideea ca sustinerea miscarii cere o forta aplicata continuu. Aparentele nasc aceata confuzie. Daca opresc functionarea motorului unui automobil acesta se opreste si pare ca eu trebuie sa-i sustin miscarea prin functionarea motorului. In realitate cu motorul eu inving forte contrare miscarii din care cea mai importanta este frecarea cu aerul si intre componentele autoturismului, care daca nu ar exista nici eu nu as mai fi nevoit sa tin motorul in functiune. Astfel de motor ar fi nevoie numai sa-i schimb directia sau sa accelerez marind viteza, eventual sa decelerez micsorindu-i viteza cu asa zisa frina de motor. Confuzia a fost mentionata mai devreme, si o vom discuta acum in detaliu. Confuzia se infiltreaza urit pe un numar de cai diferite si de mai multe ori. Pe masura ce citesti urmatoarele fii atent la sistemul tau de prejudecati. Vezi fizica mai degraba ca un sistem de gindire despre lume decit ca informatii aruncate in creier fara evaluarea ta personala. 

Legile lui Newton arata ca o forta efectiva (forta neechilibrata) provoaca  acceleratia si acceleratia este in aceeasi directie cu forta efectiva. Sa-ti testezi sistemul de prejudecati considera urmatoarele intrebari si raspunsurile lor.

Esti in confuzia cea mare?

Un elev si o eleva isi discuta tema pentru acasa la fizica inainte de ora. Ei discuta despre un obiect care este actionat de doua forte pe verticala, diagrama este aratata la dreapta. In timpul discutiei eleva sugereaza elevului ca obiectul ar putea fi in miscare, nu exista frecare si se deplaseaza pe orizontala.   Cum descrie eleva miscarea obicetul care este supus fortelor ca in diagrama corpului liber din dreapta se misca cu viteza constanta asa cum este reprezentat si cu banda perforata de mai jos.

Elevul obiecteaza argumentind ca nu s-ar putea misca orizontal daca exista numai forte verticale. El sustine ca obiectul trebuie sa fie in repaos poate pe o masa sau podea. Din toate punctele de vedere spune elevul un obiect care sufera forte echilibrate este in repaos. Cu care esti de acord?

Reaminteste-ti ultima iarna cind ai alunecat cu sania pe derdelus si ai continuat alunecarea la poalele dealului. (Scuze pentru cei care n-au vazut zapada niciodata-romanii de la ecuator.)

Imagineaza-ti pentru moment ca nu exista frecare dealungul suprafetei plane din punctul B in punctul C si ca rezistenta aerului nu-ti impiedica miscarea. Cit de departe ai aluneca? Si ce fel de miscare ar fi?

Majoritatea elevilor raspund repede: alunecarea ar continua mereu la viteza constanta. 

Fara frecare care sa incetineasca miscarea alunecarea ar continua cu aceeasi viteza si in acceasi directie. Fortele care actioneaza asupra saniei din B in C sint forta normala (zapada impinge sania sus) si forta gravitatiei — vezi diagrama din dreapta-sus. Aceste forte sint echilibrate si pentru ca sania este deja in miscare in B va continua miscarea cu aceeasi viteza si in aceeasi directie. Deci si in cazul saniei cit si in cazul obiectului despre care eleva si elevul discuta un obiect poate fi miscare pe orizontala chiar daca actioneaza forte verticale asupra lui. Fortele nu provoaca miscarea, dar provoaca acceleratie.

Legea 1 a lui Newton arata ca nu este necesara o forta sa mentii obiectul in miscare. Impinge o carte pe masa si aceasta va aluneca pina la oprire. Cartea in miscare pe tabla nu se opreste pentru ca nu avem o forta s-a mentina alunecarea, mai mult prezenta unei forte realizeaza oprirea, forte de frecare care aduce cartea in repaos si care altfel s-ar misca mereu (sau cel putin pina unde se termina masa). Nu este necesara o forta sa tina cartea in miscare ci sa invinga forta de frecare care o opreste, nu este necesara o forta de sustinere in miscare a saniei si in general nu este necesara o forta orizontala sa mentina corpurile in miscare. Fortele provoaca acceleratie, mai scurt fortele accelereaza. 

Urmeaza >>