Newton's First Law of Motion Concepts

След като вече се запознахме
с първия закон на Нютон,

ще направя един малък тест.

Искам да помислиш кои

от тези твърдения са верни.

Първото твърдение е:

„Ако сумарната сила на едно тяло е нула,

скоростта му няма да се промени“.

Интересно.

Второ твърдение:

„Небалансирана сила, действаща върху дадено тяло,

винаги оказва влияние върху бързината му“.

Също интересно твърдение.

Трето твърдение:

„Причината първоначално движещо се тяло в нашето ежедневие

да стига до покой е понеже върху него
действат небалансирани сили“.

И четвърто твърдение:

„Небалансирана сила, действаща върху обект,

винаги променя посоката му на движение“.

Ще те оставя да помислиш върху това.

Ще разгледаме твърденията едно по едно.

Първото твърдение: „Ако сумарната сила
върху едно тяло е нула,

скоростта му няма да се промени“.

Това е напълно вярно. Това всъщност е
парафраза на Първия закон на Нютон.

Ще разгледаме обект,
който се движи в космоса с някаква скорост

и има посока.

Намира се в дълбокия космос, където предполагаме,

че няма гравитационни взаимодействия,
макар че винаги има някакви минимални,

и няма частици, които да се блъскат в него.

Това е абсолютен вакуум,
в който обектът ще се движи вечно.

Скоростта и посоката му няма да се променят.

Това твърдение е напълно вярно.

Второ твърдение: „Небалансирана сила,
действаща върху дадено тяло,

винаги оказва влияние върху бързината му“.

Ключовата дума тук е „бързина“.

Ако бях написал
„оказва влияние върху скоростта му“,

твърдението щеше да е вярно.

„Небалансирана сила, действаща върху дадено тяло,
винаги оказва влияние върху скоростта му“.

Това щеше да е вярно.

Но тук пише бързина.
Бързината е големината на скоростта.

Тя не отчита посоката.

За да видиш защо второто твърдение е грешно,
помисли за няколко неща.

Ще направя още видеоклипове
за центростремително ускорение,

центростремителни и вътрешни сили,

ако сега ти е трудно да го разбереш.

Представи си, че гледаш ледена пързалка отгоре.

Това тук е фигурист.
Това е главата му.

Той се движи в тази посока.

Представи си, че той хваща въже,
вързано за кол, забит в леда.

Гледаме отгоре. Това тук е въжето.

Какво ще се случи?

Посоката на фигуриста ще се промени.

Ако той не пуска въжето,
ще продължи да се движи в кръг.

Когато пусне въжето, той ще тръгне в посоката,
която е имал, в момента на пускането си.

Той ще продължи да се движи в тази посока

и ако предположим, че триенето на леда
е много много много малко,

ще поддържа еднаква бързина.

В този случай вътрешната сила
от опънатото въже

ще промени само посоката на фигуриста.

Не е необходимо небалансираната сила
да окаже влияние върху бързината на обекта.

Това се случва често, но в този случай

тя оказва влияние само върху посоката на фигуриста.

Ще разгледаме друг случай. Отново са
включени центростремително ускорение,

вътрешни сили и вътрешно ускорение.

Имаме сателит или някакъв обект в орбита.

Това тук е планета,
а това е една от луните на планетата.

Луната остава в орбитата,
защото притеглянето на гравитацията

променя посоката й, но не бързината й.

Бързината й е постоянна.

Това тук е бързината. Ако планетата я нямаше,

луната щеше да продължи
вечно да се движи в тази посока.

Но планетата оказва вътрешна гравитационна сила.

По-нататък ще говорим повече
за гравитационната сила.

Тази вътрешна гравитационна сила
ускорява движението на обекта навътре.

След определен период от време векторът
на скоростта на обекта след промяната,

т.е. новият вектор на скоростта,

след като обектът се е движил известно време,

новият вектор може да изглежда така.

Обектът се движи с постоянна бързина,
а вътрешната гравитационна сила

винаги е под прав ъгъл на траекторията му.

Бързината е постоянна, затова луната
не отлита в дълбокия космос

и не се блъска в планетата.

Ще говорим за това в подробности.

Простият отговор е,

че небалансирана сила, действаща върху дадено тяло,

винаги оказва влияние върху скоростта – бързината, посоката или двете,

но не е необходимо да са и двете –
може да е само бързината или посоката.

Това твърдение е невярно.

Третото твърдение: „Във всекидневието
първоначално движещи се обекти обикновено

стигат до състояние на покой,
защото върху тях действат небалансирани сили“.

Това е напълно вярно според примера,
който имахме по-горе.

Ако взема някаква книга
и я плъзна по бюрото си,

накрая тя ще спре, защото имаме
небалансирана сила на триене.

Повърхността на книгата
се трие в тази на бюрото.

Когато съм в басейн и водата е неподвижна,
ако бутна някакъв обект във водата,

той накрая ще спре да се движи
заради съпротивлението на самата вода.

Тя оказва небалансирана сила
в обратна посока на движението.

Затова обектът се забавя.

Във всекидневието тези предмети
не продължават да се движат вечно

заради силите на триене на повърхностите
и съпротивлението на въздуха.

Последното твърдение: „Небалансирана сила,
действаща върху обект,

винаги променя посоката му на движение“.

Това твърдение може би е най-лесното.

Това ни се случва постоянно.
Ще разгледаме тяло,

което се движи в някаква посока
със скорост от 5 метра в секунда.

Ако приложа небалансирана сила в тази посока –

това тук е моята сила – ще ускоря обекта

в същата посока, но няма да променя посоката му.

Ако приложа сила срещу посоката на движение,

мога да намаля ускорението, но не посоката му.

Ще променя посоката му, ако направя нещо такова,

но пак не е необходимо тя да се промени.

Твърдението не е вярно. Небалансирана сила,
действаща върху обект,

не променя винаги посоката му.

При тези обстоятелства е възможно,
но не винаги.

Тук думата *винаги прави твърдението погрешно.