Ο ΠΡΩΤΟΣ ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ

Ο ΠΡΩΤΟΣ ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ

Ο ΠΡΩΤΟΣ ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Παίρνουμε ένα ξύλινο σώμα και το τοποθετούμε πάνω σε τραχύ έδαφος όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Ύστερα βάζουμε λίγη δύναμη και σπρώχνουμε το σώμα προς τα εμπρός.Παρατηρούμε ότι το σώμα θα σταματήσει αμέσως μόλις αφήσουμε το χέρι μας.Αυτό συμβαίνει διότι ασκείται στο σώμα η δύναμη της τριβής από το έδαφος που αντιτίθεται στην κίνηση του.

Παίρνουμε ένα ξύλινο σώμα και το τοποθετούμε πάνω σε τραχύ έδαφος.Ύστερα βάζουμε λίγη δύναμη και σπρώχνουμε το σώμα προς τα εμπρός

 Αντίθετα αν σπρώξουμε το ξύλινο σώμα σε λείο πάτωμα,το σώμα θα ολισθήσει περισσότερο.Λογικό είναι ότι η τριβή που ασκείται από το πάτωμα στο σώμα είναι μικρότερη.

Αν σπρώξουμε το ξύλινο σώμα σε λείο πάτωμα,το σώμα θα ολισθήσει περισσότερο

  Αυτή η εμπειρία οδήγησε στο συμπέρασμα που διατύπωσε ο Αριστοτέλης και ίσχυσε ως το Μεσαίωνα,ότι η φυσική κατάσταση των σωμάτων είναι η ακινησία.Κατά την άποψη αυτή όλα τα αντικείμενα κινούνται μόνο εάν κάποια δύναμη προκαλεί την κίνησή τους.

Όλα τα αντικείμενα κινούνται μόνο εάν κάποια δύναμη προκαλεί την κίνησή τους

 Δηλαδή είναι αδύνατο να κινείται ένα σώμα χωρίς να υπάρχει κάποια δύναμη που να δρα διαρκώς σε αυτό.Η απάντηση φαίνεται με πρώτη ματιά λογική,όμως δεν είναι επιστημονικά αποδεκτή.

Ο Αριστοτέλης (384-322 π.Χ.) ήταν αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος.Μαζί με το δάσκαλό του Πλάτωνα αποτελεί σημαντική μορφή της φιλοσοφικής σκέψης του αρχαίου κόσμου, και η διδασκαλία του διαπερνούσε βαθύτατα τη δυτική φιλοσοφική και επιστημονική σκέψη μέχρι και την Επιστημονική Επανάσταση του 17ου αιώνα. Υπήρξε φυσιοδίφης, φιλόσοφος,δημιουργός της λογικής και ο σημαντικότερος από τους διαλεκτικούς της αρχαιότητας

 Τώρα παίρνουμε το  ξύλινο σώμα και το τοποθετούμε πάνω σε παγωμένη επιφάνεια.Παρατηρούμε ότι το κιβώτιο τώρα θα μετακινηθεί πολύ περισσότερο.Η τριβή που ασκείται από την παγωμένη επιφάνεια σ' αυτό είναι τώρα ακόμα μικρότερη.

Παίρνουμε το  ξύλινο σώμα και το τοποθετούμε πάνω σε παγωμένη επιφάνεια.Παρατηρούμε ότι το κιβώτιο τώρα θα μετακινηθεί πολύ περισσότερο

 Πρώτος ο μεγάλος επιστήμονας Γαλιλαίος ισχυρίσθηκε ότι ένα τέλεια λείο αντικείμενο πάνω σε μια επίσης τέλεια λεία οριζόντια επιφάνεια θα μπορούσε να κινείται επ’ άπειρο σε ευθεία γραμμή.Όμως στην καθημερινής μας ζωή δεν υπάρχουν στη φύση τέλεια λείες επιφάνειες.Η δύναμη της τριβής εμφανίζεται σχεδόν πάντα σε κάθε κίνηση της καθημερινής μας ζωής.

Πρώτος ο μεγάλος επιστήμονας Γαλιλαίος ισχυρίσθηκε ότι ένα τέλεια λείο αντικείμενο πάνω σε μια επίσης τέλεια λεία οριζόντια επιφάνεια θα μπορούσε να κινείται επ’ άπειρο σε ευθεία γραμμή

 Όμως αν λάβουμε υπόψη μας ότι η δύναμη της τριβής είναι πάρα πολύ μικρή ή όταν ασκείται για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, όπως συμβαίνει στις απότομες κινήσεις,μπορούμε να θεωρήσουμε χωρίς σφάλμα ότι η άποψη του Γαλιλαίου είναι ορθή.

ΑΔΡΑΝΕΙΑ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

 Η ιδιότητα που έχουν τα σώματα να αντιστέκονται στη μεταβολή της κινη­τικής τους κατάστασης λέγεται αδράνεια ή αδράνεια των σωμάτων ή αδράνεια της ύλης.

Αδράνεια ονομάζεται η τάση των σωμάτων να αντιστέκονται σε οποιαδήποτε μεταβολή της κινητικής τους κατάστασης (ταχύτητας)

 Αδράνεια ονομάζεται η τάση των σωμάτων να αντιστέκονται σε οποιαδήποτε μεταβολή της κινητικής τους κατάστασης (ταχύτητας).Το μέτρο της αδράνειας είναι η μάζα.

Ένα απλό παράδειγμα που φαίνεται η αδράνεια των σωμάτων είναι ένα αυτοκίνητο κινούμενο με σταθερή ταχύτητα τρακάρει σ' ένα εμπόδιο οπότε ο οδηγός κινείται προς τα εμπρός

 Ένα απλό παράδειγμα που φαίνεται η αδράνεια των σωμάτων είναι ένα αυτοκίνητο κινούμενο με σταθερή ταχύτητα τρακάρει σ' ένα εμπόδιο οπότε ο οδηγός κινείται προς τα εμπρός.Αυτό συμβαίνει γιατί ο οδηγός κινείται με την ταχύτητα του αυτοκινήτου.Όταν αυτό φρενάρει  δεν υπάρχει μεγάλη δύναμη για να σταματήσει τον οδηγό,ο οποίος τείνει να διατηρήσει την κινητική του κατάσταση και κινείται προς τα εμπρός.

ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ

 Από την πείρα μας γνωρίζουμε ότι κανένα σώμα δεν μπορεί να  κινηθεί μόνο του χωρίς την επίδραση δύναμης.Αν αφήσουμε ένα σώμα σε μια θέση,αυτό θα εξακολουθήσει να παραμένει εκεί,αν δεν ασκηθεί πάνω του δύναμη.

Χτυπάμε απότομα με το δάκτυλό μας ένα χαρτόνι(στηριγμένο στο στόμιο ενός ποτηριού) πάνω στο οποίο βρίσκεται ένα μικρό κέρμα

 Αυτό φαίνεται χαρακτηριστικά,όταν χτυπήσουμε απότομα με το δάκτυλό μας ένα χαρτόνι(στηριγμένο στο στόμιο ενός ποτηριού) πάνω στο οποίο βρίσκεται ένα μικρό κέρμα.

Ενώ το χαρτόνι εκτοξεύεται μακρυά,το κέρμα πέφτει μέσα στο ποτήρι.Αυτό συμβαίνει γιατί η δύναμη της τριβής,μεταξύ χαρτονιού και κέρματος,είναι πολύ μικρή και δεν μπορεί να παρασύρει το κέρμα

 Ενώ το χαρτόνι εκτοξεύεται μακρυά,το κέρμα πέφτει μέσα στο ποτήρι.Αυτό συμβαίνει γιατί η δύναμη της τριβής,μεταξύ χαρτονιού και κέρματος,είναι πολύ μικρή και δεν μπορεί να παρασύρει το κέρμα.

Ο Ισαάκ Νεύτων χρησιμοποιώντας την έννοια της δύναμης διατύπωσε τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα για την κίνηση των σωμάτων

 Ύστερα από τον Γαλιλαίο ένας άλλος μεγάλος φυσικός,ο Ισαάκ Νεύτων χρησιμοποιώντας την έννοια της δύναμης διατύπωσε τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα για την κίνηση των σωμάτων ως εξής:

  Ένα σώμα συνεχίζει να παραμένει ακίνητο ή να κινείται ευθύγραμμα και ομαλά εφόσον δεν ασκείται σε αυτό δύναμη ή η συνολική (συνισταμένη) δύναμη που ασκείται πάνω του είναι μηδενική.

 Μπορούμε να πούμε ότι ένα σώμα ισορροπεί όταν είναι ακίνητο ή κινείται με σταθερή ταχύτητα. 

Ένα σώμα συνεχίζει να παραμένει ακίνητο ή να κινείται ευθύγραμμα και ομαλά εφόσον δεν ασκείται σε αυτό δύναμη ή η συνολική (συνισταμένη) δύναμη που ασκείται πάνω του είναι μηδενική 

 Μια άλλη διατύπωση του πρώτου νόμου του Νεύτωνα είναι η εξής:

 Av η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σε ένα σώμα είναι μηδέν,τότε το σώμα ή ηρεμεί ή κινείται ευθύγραμμα και ομαλά.

 Η παραπάνω πρόταση αποτελεί τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα για την κίνηση των σωμάτων.

Ένα σώμα ισορροπεί όταν είναι ακίνητο ή κινείται με σταθερή ταχύτητα

 Η πρόταση αυτή του Νεύτωνα συνδέεται με την ιδιότητα των σωμάτων,την αδράνεια. 

Av η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σε ένα σώμα είναι μηδέν,τότε το σώμα ή ηρεμεί ή κινείται ευθύγραμμα και ομαλά 

 Ο πρώτος νόμος του Νεύτωνα λέγεται και <<νόμος της αδράνειας>>,επειδή η ιδιότητα των σωμάτων να τείνουν να διατηρήσουν ευθύγραμμη και ομαλή την κίνηση τους ή να εξακολουθούν να ηρεμούν,εφόσον αρχικά ηρεμούν,λέγεται αδράνεια.

ΕΠΙΒΕΒΑΙΩΣΗ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ

 Επειδή μέχρι σήμερα δε βρέθηκε τρόπος μηδενισμού όλων των δυνάμεων που ενεργούν πάνω σ' ένα κινούμενο σώμα,είναι δύσκολο να έχουμε ένα σώμα που να κινείται ευθύγραμμα και ομαλά επ' άπειρο.

Επιβεβαίωση του πρώτου νόμου του Νεύτωνα 

 Επιβεβαίωση του πρώτου νόμου του Νεύτωνα έχουμε και στην περίπτωση που δυο αυτοκίνητα συγκρούονται μετωπικά.Θα δούμε ότι οι επιβάτες π.χ. των μπροστινών καθισμάτων θα χτυπήσουν στο τζάμι(παρμπρίζ) και αυτό οφείλεται στο ότι μια εξωτερική δύναμη σταμάτησε τα αυτοκίνητα,ενώ δεν μπορεί να σταματήσει τα σώματα των επιβατών,που συνεχίζουν έτσι την κίνηση τους προς τα εμπρός και χτυπούν στο τζάμι.Γι' αυτό το λόγο επιβάλλεται οι επιβάτες να φορούν τις ζώνες ασφαλείας.

Η κίνηση των πλανητών σε ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον Ήλιο

 Η κίνηση των πλανητών σε ελλειπτικές τροχιές γύρω από τον Ήλιο διαπιστώθηκε από το Γερμανό αστρονόμο Κέπλερ(Johannes Kepler,1571-1630) και εξηγείται με τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα και τον νόμο της παγκόσμιας έλξης.

Ο Γιοχάνες Κέπλερ (Johannes Kepler) ήταν Γερμανός αστρονόμος (27 Δεκεμβρίου 1571-15 Νοεμβρίου 1630) και καταλυτική φυσιογνωμία στην επιστημονική επανάσταση των νεότερων χρόνων.Υπήρξε επίσης μαθηματικός και συγγραφέας,ενώ άσκησε κατά καιρούς και την αστρολογία για βιοποριστικούς λόγους.Είναι περισσότερο γνωστός ως ο «Νομοθέτης του ουρανού» από τους φερώνυμους Νόμους που αφορούν την κίνηση των πλανητών γύρω από τον Ήλιο και περιγράφονται στα έργα του

 Κατά τον Νεύτωνα οι πλανήτες κινούνται σε ελλειπτικές τροχιές λόγω της έλξης που ασκεί ο Ήλιος πάνω τους.Αν κάποια στιγμή σταματούσε η έλξη του Ηλίου πάνω σ' ένα πλανήτη,τότε αυτός θα κινείτο ευθύγραμμα και ομαλά κατά τη διεύθυνση της εφαπτομένης της τροχιάς.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΥ ΝΟΜΟΥ ΤΟΥ ΝΕΥΤΩΝΑ

 O πρώτος νόμος του Νεύτωνα βρίσκει εφαρμογή στη σύγχρονη διαστημική.   

Ένα διαστημόπλοιο που κινείται μακριά από πλανήτες ή άλλα ουράνια σώματα, χρειαστεί να αλλάξει την ταχύτητά του,χρησιμοποιεί κάποιο προωθητικό σύστημα

 Για παράδειγμα ένα διαστημόπλοιο που κινείται μακριά από πλανήτες ή άλλα ουράνια σώματα,(άρα δεν δέχεται καμιά δύναμη από άλλα σώματα και επομένως έχει σταθερή ταχύτητα),χρειαστεί να αλλάξει την ταχύτητά του,χρησιμοποιεί κάποιο προωθητικό σύστημα.Όταν αποκτήσει την επιθυμητή ταχύτητα τότε μπορεί να κινείται με αυτή,λόγω αδράνειας,χωρίς να λειτουργούν οι προωθητικοί πύραυλοι.