בשיעור זה נעסוק בחוק התנועה הראשון של ניוטון.
המשפט המוצג בפניכם הינו תרגום החוק מלטינית לאנגלית/.
החוק הוא: כל גוף במנוחה יתמיד במצבו:
כגוף במנוחה או כגוף בתנועה אחידה באותו כיוון,
כל עוד הוא לא יאולץ לשנות את מצבו בהשפעת כוח.
חחזוא על כך: כל גוף שהוא יתמיד במצבו
כלומר ישאר במצב מנוחה או במצב של מהירות קבועה,
אלא באם הוא יאולץ לשנות את מצבו ע"י כוח: אלא באם יופעל עליו כוח,
בעיקר כוח שאינו מאוזן, כפי שנסביר מיד בהמשך.
באם יש גוף במנוחה, במנוחה לחלוטין...
נחפש דוגמה שכבר ראיתם, נניח שיש לנו סלע
יש לנו סלע אי שם שנח על שדה עשב
ככל שנצפה בסלע סביר להניח כי הוא לא יזוז, בהנחה כי כלום לא קורה לו.
באם לא יופעל על הסלע שום כוח, הרי הוא ישאר באותו מקום.
החלק הראשון ממש ברור: כל גוף יתמיד במצב מנוחה,
החלק השני יתקיים רק באם יופעל כוח כלשהו על הגוף,
נסכם - הסלע ישאר במנוחה אלא אם כן יופעל עליו כוח.
אלא אם כן מישהו ינסה לדחוף אותו, לגלגל אותו או כל דבר אחר.
החלק הפחות ברור לגבי החוק הוא החלק השני שלו.
כל גוף במצב מנוחה או בתנועה אחידה, יתמיד במצבו
אלא אם כן הוא יאולץ לשנות את מצבו בהשפעת כוח.
זהו החוק הראשון של ניוטון. נסטה מעט מהנושא,
הדמות הזאת כאן בתמונה היא ניוטון.
ובאם אנו עוסקים בחוק הראשון של ניוטון, למה הוספנו עוד דמות בתמונה השנייה?
הסיבה היא כי החוק הראשון של ניוטון הוא ניסוח מחדש של חוק ההתמדה של הדמות הזאת
ודמות זאת - היא אדם נוסף מגדולי החוקרים באנושות - ושמו גלילאו גליליי.
הוא היה הראשון שניסח את חוק ההתמדה.
ניוטון רק ניסח את החוק מעט שונה וחבר אותו לחוק נוסף
אבל הוא עשה עוד הרבה, הרבה דברים אחרים.
בעצם את הקרדיט לחוק הראשון של ניוטון יש לתת לגלילאו
ובגלל זה בחרנו להציג כאן את דמותו בגדול.
נחזור כעת לנושא בו עצרנו קודם
הבנו כי באם יש גוף במנוחה הוא ישאר בה אלא אם כן יופעל עליו כוח כלשהו.
בחלק מההגדרות יהיה כתוב "אלא אם כן יופעל כוח לא מאוזן"
הסיבה כי מציינים "לא מאוזן" היא כי יכולים להיות שני כוחות הפועלים על הגוף
אבל הם יהיו בשיווי משקל - מאוזנים.
לדוגמא: אנו יכולים לדחוף את הסלע מצד זה במידה מסוימת של כוח
אבל באם נדחוף את הסלע גם מצד זה בדיוק באותה מידה של כוח הוא לא יזוז.
הדרך היחידה שתגרום לו לזוז היא באם יהיה מצד אחד כוח גדול יותר מאשר מהצד השני
ואז יש כוח בלתי מאוזן.
יתכן כי סלע היא דוגמא לא כל כך מוצלחת,
בואו נבחר קרח שקל יותר להזיז אותו,
אז נבחר קרח על קרח.
לפנינו משטח קרח ומעליו מונח בלוק של קרח
נחזור שוב על אותו רעיון מוכר: אין כאן כוחות פועלים ולפיכך הקרח לא יזוז
אבל מה יקרה באם נדחוף את הקרח מצד זה בעוצמה מסויימת של כוח?
ובאם נדחוף את הקרח באותה עוצמה של כוח גם מהצד הזה?
הקרח עדין לא יזוז.
כלומר זה כאן משמש ככוח מאזן.
כוח מאזן.
הדרך היחידה בה הקרח ישנה את מצבו, יצא ממצב המנוחה שלו, היא באם הכוח יהיה לא מאוזן.
באם נוסיף מעט יותר כוח לצד זה של הקרח כדי שהוא יהיה גדול יותר מהכוח המפצה מהצד השני
נראה כי בלוק הקרח יתחיל לזוז, הוא יתחיל להאיץ בכיוון הזה
נראה כי עד כה זה ברור: גוף במנוחה ישאר במנוחה עד שיופעל עליו
כוח בלתי מאוזן.
מה שפחות ברור מאליו זה הרעיון העוסק בגוף הנע בתנועה אחידה האותו כיוון
שזאת פשוט דרך אחרת לומר כי הגוף נע במהירות קבועה.
מהירות קבועה.
בעצם מה שהחוק אומר זה שגוף הנע במהירות קבועה ישאר במהירות זאת לנצח
אלא אם כן יופעל עלי כוח בלתי מאוזן.
חלק זה בוא הפחות ברור מאליו היות כל הידוע לנו מהניסיון האנושי
הוא כי בסופו של דבר, אפילו באם נדון בבלוק הקרח, הוא יעצר.
בלוק הקרח לא ינוע לנצח, אפילו באם משטח הקרח הוא אין סופי.
הקרח יעצר בסופו של דבר. אפילו באם נזרוק כדור טניס גם הוא יעצר בסופו של דבר.
בסופו של דבר הוא ישחק עד לעצירה. גם באם נזרוק כדור באולינג, או - בעצם כל דבר שהוא!
מעולם לא ראינו, לפחות בהתנסות האנושית עד כה, כל דבר בסופו של דבר נעצר.
בגלל זה זה כל כך לא ברור מאליו לומר: גוף בתנועה פשוט ימשיך לנוע לעד
האינטואציה והניסיון שלנו אומרים כי באם אנו רוצים שגוף ינוע לעד
חייבים להמשיך ולהשקיע עוד כוח, להשקיע בו עוד אנרגיה לשמור עליו בתנועה
המכונית לא תנוע לעד אלא אם כן המנוע ימשיך לשרוף דלק כדי לנוע ולצרוך אנרגיה
אז על מה בעצם מדברים כאן?
בכל הדוגמאות שדנו בהם עד כה, ואנו חושבים כי ניתן לרכוש מהן
תובנה די מבריקה, האומרת כי כל הגופים בהם דנו ימשיכו לנוע לנצח
הכדור ינוע לנצח, בלוק הקרח ינוע לנצח
מלבד במצב בו כוחות בלתי מאוזנים פועלים עליהם
במקרה של הקרח, למרות שבין קרח על קרח כמעט ואין חיכוך
יש בכל זאת חיכוך ולו גם זעיר ביניהם.
ולכן במצב זה, נקבל כוח חיכוך העתיד
לפעול כנגד כיוןן התנועה של הקרח.
החיכוך בא למעשה מהרמה האטומית.
נתייחס למולקולות המים המסודרת במבנה בקוביית הקרח
נצייר כאן את מולקולות המים במבנה שלהם על גבי משטח מעשי של קרח עליו הגוף נע.
הן בהחלט מתנגשות ומשתפשפות זו בזו.
למרות ששתיהן חלקות, הן לא מושלמות
הן מתנגשות ומשתפשפות זו בזו, ויוצרות מעט חום
בסופו של דבר הן תפעלנה כנגד התנועה.
כלומר כוח החיכוך יפעל כאן, וזה מה שיעצור
למעשה לא רק כוח החיכוך, קיימת גם התנגדות האוויר
בלוק הקרח יתנגש בכל מיני חלקיקים הקיימים באויר.
בהתחלה זה לא יהיה מורגש, אבל זה בהחלט ימנע ממנו לנוע לנצח
אותו דבר לגבי הכדור שיזרק לאוויר
ברור כי בנקודה כל שהיא הוא יפגע בקרקע בגלל כוח המשיכה, שזה כוח אחד הפועל עליו
אבל גם כאשר הוא פוגע בקרקע, הוא לא ימשיך להתגלגל לנצח שוב בגלל החיכוך.
אתם הרי יודעים בעיקר באם יש כאן דשא, הדשא ימנע ממנו מלהמשיך לנוע.
גם בזמן תנועתו באוויר הוא יאט, הוא לא ינוע במהירות קבועה
בגלל שקיימים כל חלקיקי האוויר הללו שיתנגשו בו
ויפעילו כוח שיאט את תנועתו.
כלומר מה שהיה כל כך מבריק בתגליות שלהם הוא כי הם יכלו לדמיין מציאות
בה אין כוח משיכה, בה אין השפעה של האויר המאיטה את הגופים
הם הצליחו לדמיין שקיימת מציאות בה הגופים פשוט יתמידו בתנועתם לנצח.
הסיבה בגללה גלילאו הצליח לחשוב על זה
היא כי הוא חקר את מסלולי כוכבי הלכת.
והוא בטח שיער, כי יתכן ושם אין כלל אויר
ובגלל זה כוכבי הלכת יכולים פשוט להמשיך ולנוע סביב סביב במסלולם.
ואנו אומרים בתנועתם ולא במהירותם, כי יש שינויי בכיוון התנועה.
מהירותם אינה קטנה, בגלל שאין שום דבר בחלל שיאט אותה
אנו מקווים כי גם לדעתכם כמו לדעתנו רעיון זה מרתק
בגלל שמנוקדת מבט אחת זה מאד מאד פשוט אבל במבט כולל זה בכלל לא ברור מאליו
בעיקר החלק של " ימשיך בתנועה אחידה באותו כיוון".
ושוב כדי להבהיר את הנקודה, באם כוח המשיכה יעלם ולא יהיה אויר
ואתם תזרקו כדור, הכדור למעשה ימשיך לנוע באותו כיוון לנצח
אלא אם יהיה כוח בלתי מאוזן אשר ישפיע עליו ויעצור אותו.
דרך נוספת לחשוב על כך, וזוהי דוגמא מחיי היום יום.
באם יש מטוס הנע במהירות קבועה לחלוטין
ואין כלל כיסי אויר ותנודות במטוס
ובאם אתם יושבים כאן במטוס, הנע במהירות קבועה
זכרו, חלק לחלוטין, לללא כל תנודות
למעשה מבלי להביט בחלון אין כל דרך לדעת האם המטוס נע.
שוב, נניח כי אין כלל חלונות במטוס, והוא נע במהירות קבועה
אין כלל תנודות, ואי אפשר לשמוע כלום
אפילו לא ניתן לשמוע את המנועים
אין כל דרך בה נחוש כי המטוס נע
בגלל שממערכת היחוס שלנו, זה נראה בדיוק אותו דבר
כאילו אנו במטוס הנח על הקרקע.
וזאת דרך נוספת להראות כי זה בעצם די ברור מאליו ששני המצבים דומים
תנועה במהירות קבועה או מצב מנוחה.
בעצם לא ניתן להבחין ביניהם.