18(4)

5 Siła i ruch I

4 kwietnia 1974 roku Belg John Massis zdołał ruszyć z miejsca dwa wagony nowojorskiej kof_e; na Long Island. Zacisnął on zęby na wędzidle, połączonym liną z wagonem, po czym pochyla! się do tyłu, odpychając się nogami od podkładów. Wagony ważyły łącznie ok. 80 ton.

\_A Co jest przyczyną przyspieszenia?

widzisz, że prędkość względnie punktowego ciała zmienia wartość lub kie-to zdajesz sobie sprawę, że coś musiało spowodować tę zmianę (czyli yspieszenie ciała). Z codziennego doświadczenia wiesz, że zmiana piędko-I tnusi pochodzić od oddziaływania ciała z innym ciałem w jego otoczeniu, ^'przykład, jeśli dostrzegasz, że ślizgający się po lodzie krążek hokejowy na-&£ zatrzymuje się lub gwałtownie zmienia kierunek ruchu, to podejrzewasz, że >JjpOtkał on niewielki grzbiet na powierzchni lodu.

jr Oddziaływanie, które może nadać ciału przyspieszenie, nazywamy siłą. Mówiąc poglądowo, siła jest tym. co odpycha łub przyciąga ciało — mówimy, że siła dziola na ciało. Na przykład, krążek hokejowy, wpadający na grzbiet na powierzchni lodu doznaje „pchnięcia \ co powoduje jego przyspieszenie. Związek siły z wywołanym przez riią przyspieszeniem, podany po raz pierwszy ptz.cz Iza aka Newtona (1642 1727). jest przedmiotem niniejszego rozdziału. Analiza tej zależności, oparta na rozważaniach Newtona, nosi nazwę mechaniki klasycznej (newtonowskiej). Trzy podstawowe jej prawa, które zbadamy szczegółowo, noszą nazwę zasad dynamiki New tona.

Mechanika klasyczna nie opisuje wszystkich sytuacji spotykanych w piwro-dzie. Jeśli prędkości oddziałujących ciał są bardzo duże — niewiele mniejsze od prędkości światła — to zamiast mechaniki klasycznej trzeba zastosować szczególną teorię względności Linstcina. która prawidłowo opisuje ruch / dowolną prędkością, także z prędkością bliską prędkości światła. Jeśli oddziałujące ciała są bardzo małe — ich rozmiary są rzędu rozmiarów składników budowy atomu (mogą to być na przykład elektrony w atomie). 10 nic należy posługiwać się mechaniką klasyczną, lecz mechaniką kwantową. Kizycy uważają dziś mechanikę klasyczną za przypadek szczególny tych dwóch ogólnych teorii. Jest to jednak bardzo ważny przypadek szczególny, dający prawidłowy opis ruchu ciał, zarówno bardzo małych (niemal rozmiarów atomów), jak i bardzo dużych (na przykład galaktyk i ich skupisk).

5.2. Pierwsza zasada dynamiki Newtona

Pjzed sformułowaniem praw mechaniki przez Newtona uważano, że aby utrzymać ciało w ruchu o stałej prędkości coś — jakaś „.siła musi na nic działać. W tym samym duchu sądzono, że „stanem naturalnym" ciula jest jego spoczynek. Ludziom wydawało się, że aby utrzymać ciało w ruchu ze stałą prędkością, należy je jakoś napędzać, na przykład popychać lub ciągnąć. Jeśli nie będziemy’ tego robić, to ciało „w sposób naturalny'' w- końcu się zatrzyma.

Pogląd ten wyglądał rozsądnie. Krążek, wprawiony w ruch ślizgowy po drewnianej podłodze będzie zwalniał, aż w końcu się zatrzyma. Jeśli chcemy, aby poruszał się on po podłodze ze stałą prędkością, to musimy go przez cały czas pchać lub ciągnąć.

Jeśli jednak wykonamy takie samo doświadczenie na gładkiej powierzchni lodu na lorze łyżwiarskim, to ruch krążka będzie trwał znacznie dłużej. Możemy sobie wyobrażać coraz bardziej śliskie powierzchnie, po których krążek

8/

5.2. Pierwsza zasada dynamiki Newtona