- Jakie są podstawy ruchu w fizyce?
- Co to jest pierwsza zasada dynamiki Newtona?
- Dlaczego przestrzeganie pierwszej zasady dynamiki jest kluczem do zrozumienia ruchu?
„Tato, wytłumaczysz mi, na czym polega pierwsza zasada dynamiki Newtona?” – po takim pytaniu zazwyczaj następuje krótka cisza, później głębokie westchnięcie i wyraz zrezygnowania na twarzy, a następnie wymijająca odpowiedź „może innym razem”. To oczywiście dość zabawna wizualizacja sytuacji i nie musi się zdarzyć naprawdę, jednakże… Przy okazji warto zdać sobie sprawę z tego, że nawet skomplikowanie brzmiące teorie fizyczne można wytłumaczyć łatwo i przystępnie. Zatem do dzieła!
Jakie są podstawy ruchu w fizyce?
Kinematyka. Tak nazywa się cały dział w fizyce, w którym mowa o ruchu. Jak łatwo się domyślić, będzie to dość zaawansowany zasób wiedzy. Mimo wszystko wystarczą tylko absolutne podstawy, aby zrozumieć pierwszą zasadę dynamiki.
Zacznijmy od tego, czym jest ruch.
Ruch jest określany jako zmiana położenia ciała względem innego ciała, a także układu ciał zwanego układem układu odniesienia.
Brzmi dość trudno, ale taka już natura definicji – ma zawierać możliwie krótką i wyczerpującą odpowiedź. Wytłumaczmy na przykładzie: Mucha w trakcie lotu, jeśli np. zbliża się do szyby, to pozostaje w ruchu (względem okna). Gdy szyby nie zauważy i się o nią rozbije, to chwilę potem również pozostanie w ruchu (względem szyby i parapetu, na który opadnie). Następnie – prawdopodobnie – już nie będzie się ruszać, jeśli uderzenie było odpowiednio mocne i mucha spocznie w spokoju na wspomnianym już parapecie.
Należy zatem zapamiętać, że obserwujemy zawsze jakieś ciało i sprawdzamy, jak ono zachowuje się względem innego. Tutaj ciałem obserwowanym jest mucha, jej zmiana położenia to po prostu proces lotu, a drugim ciałem (punktem odniesienia) jest okno. Za układ ciał natomiast posłużył nam duet parapet i okno, wykorzystany do obserwacji tuż po zderzeniu.
Co to jest pierwsza zasada dynamiki Newtona?
Gdy już wiemy, że ciała mogą się poruszać, to pora zdać sobie sprawę z tego, że oddziałują na nie różne siły. Nasza latająca bohaterka walczy bowiem tak samo jak i my z grawitacją, a także oporem powietrza…
Czas znowu poznać definicję!
Jeżeli na ciało nie działa żadna siła lub działające siły się równoważą, to ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym względem nieruchomego układu odniesienia.
Można zatem stwierdzić, że pierwsza zasada dynamiki Newtona opisuje dwie sytuacje: tę, kiedy ruchu nie będzie (mucha leżąca na parapecie) i kiedy będzie on jednostajny prostoliniowy (gdybyśmy wyobrazili sobie, że mucha po zderzeniu z szybą miałaby do dyspozycji spadochron, to jej opadanie na parapet byłoby takim właśnie ruchem, ale że jest to absolutnie niemożliwe, to jej ruch był przyspieszony).
Dla nas najbardziej istotna będzie zatem sytuacja spoczynku muchy na parapecie – dlaczego się nie rusza? Przecież nadal działa na nią siła ciężkości! Jednak trzeba zauważyć, że inne siły się równoważą: sprężystości oraz nacisku względem podłoża. Jak łatwo sobie wyobrazić, masa muchy nie jest aż tak duża, aby zrobiła ona dziurę w parapecie… Właśnie takie zdarzenie ma nam tłumaczyć i pomagać zauważyć oraz obliczyć pierwsza zasada dynamiki.
Dlaczego przestrzeganie pierwszej zasady dynamiki jest kluczem do zrozumienia ruchu?
No właśnie, dlaczego nauczenie się tego, co miał do powiedzenia Newton, jest tak ważne i od tego zaczyna się niejednokrotnie „głębszą” przygodę z fizyką? Otóż kinematyka to bardzo istotna gałąź fizyki, a ruch – w tym przypadku jej esencja. Pierwsza zasada ma nam pomóc zwrócić uwagę na to, że przyczyna wszelkich zmian w ruchu leży w siłach, które oddziałują na badane ciało. Kiedyś to nie było takie oczywiste! Ludzkość sądziła, że jeśli coś np. spowalnia, to przyczyna leży w… naturalnych skłonnościach danego ciała do takich właśnie zachowań. Nikt nie myślał o tarciu, oporach czy grawitacji. I w tym właśnie sęk: aby zrozumieć ruch, trzeba zdać sobie sprawę z tego, jaki wpływ na ciało mają konkretne siły.
To tylko jeden z przykładów, który może pojawić się również podczas indywidualnych zajęć z nauczycielem-korepetytorem. Warto zdać sobie sprawę z tego, że podczas zajęć w klasie ciężko czasem coś zrozumieć, bo niejednokrotnie trzeba kilka razy powtórzyć dany materiał, albo też spróbować wytłumaczyć w inny sposób. Dokładnie tak postępują korepetytorzy dostępni na platformie BUKI School, również w obrębie fizyki. Jeśli podstawy kinematyki nie są dla ciebie jasne, to takie zajęcia mogą pomóc ci w zrozumieniu pewnych zachowań ciał i sił, jakie mają na to wpływ.
Pierwsza zasada dynamiki Newtona to tak istotna wiedza na temat ruchu, że nie sposób zapomnieć – będzie ona wracać jeszcze wiele razy na różnych zajęciach. Definicji trzeba się nauczyć (przyda się na sprawdzian!), ale też przede wszystkim zrozumieć, o czym ona mówi. Wtedy nauka kolejnych wzorów i tego, co wynika z obliczeń, będzie odrobinę lżejsza.