De ce te împinge autobuzul în față când frânează?
Autobuzul frânează și tu pleci în față, deși nu te-a împins nimeni. Răspunsul l-a scris un englez în 1687, în trei reguli scurte. Cu ele se calculează și drumul rachetelor.
Prima lege: inerția
Un corp stă pe loc sau merge drept, cu aceeași viteză, până când îl împinge sau îl trage ceva. Proprietatea asta se numește inerție.
În autobuz, corpul tău merge cu viteza autobuzului. Când autobuzul frânează, el încetinește, dar tu „vrei” să mergi mai departe cu viteza de dinainte. De aceea pleci în față. Când autobuzul pornește, se întâmplă invers și pari tras înapoi.
Surprinzător e că o minge lovită nu se oprește singură. Se oprește pentru că o frânează iarba și aerul. Pe gheață merge mult mai departe, iar în spațiu, unde nu e nimic care s-o frâneze, ar merge drept la nesfârșit.
Tot din cauza inerției se poartă centura în mașină: la o frână bruscă, ea te oprește odată cu mașina.
Înainte de Newton, mulți credeau, ca filozoful grec Aristotel, că un lucru se mișcă doar cât timp îl împinge ceva. Pare logic, pentru că pe Pământ totul se oprește în cele din urmă. Galileo Galilei a înțeles primul că oprirea vine din frecare, nu din natura mișcării. Newton a scris ideea ca lege, în cartea lui din 1687, „Principiile matematice ale filozofiei naturale”.
A doua lege: forța, masa și accelerația
Cu cât împingi mai tare, cu atât un lucru își schimbă mai repede viteza. Cu cât e mai greu, cu atât și-o schimbă mai încet. Schimbarea vitezei se numește accelerație.
Același șut trimite departe o minge de ping-pong, de aproximativ 3 grame, mai aproape o minge de fotbal, de aproximativ 430 de grame, iar o minge medicinală de 4 kilograme abia o clintește.
Formula e F = m · a: forța e egală cu masa înmulțită cu accelerația. Forța se măsoară în newtoni, după numele lui. Aceeași forță dă unei mingi de ping-pong o accelerație de vreo 150 de ori mai mare decât unei mingi de fotbal, pentru că masa ei e de vreo 150 de ori mai mică. Pe distanțe lungi intervine și aerul, care frânează mult mingea ușoară.
A treia lege: acțiune și reacțiune
Când împingi ceva, te împinge și el pe tine, la fel de tare, în sens opus. Când înoți, împingi apa înapoi, iar apa te împinge înainte.
Când sari, împingi Pământul în jos, iar Pământul te împinge în sus. Și Pământul se mișcă puțin, doar că e atât de greu încât mișcarea lui e de neobservat.
Doi copii pe role care se împing palmă în palmă pleacă amândoi, în sensuri opuse. Cel mai ușor pleacă mai repede.
Racheta nu se sprijină de aer. Aruncă gaze fierbinți în jos cu putere, iar gazele o împing în sus. De aceea merge și în spațiu, unde nu e aer deloc.
Dacă forțele sunt egale și opuse, de ce nu se anulează? Pentru că acționează pe corpuri diferite. Tu împingi apa, apa te împinge pe tine. Ca să știi cum se mișcă un corp, aduni doar forțele care acționează asupra lui. Tot de aici vine reculul: un furtun de apă puternic împinge înapoi în mâinile celui care îl ține.
Fapt sau legendă?
„Lui Newton i-a căzut un măr în cap și așa a descoperit gravitația.”
„Racheta zboară în spațiu împingându-se în aer.”
„Când sari, împingi și Pământul puțin.”
Experiment: moneda și racheta cu balon
Nu se știe încă
Stelele de la marginea galaxiilor se învârt mult mai repede decât ar trebui, după legile lui Newton și masa pe care o vedem. Ar trebui să fie aruncate în spațiu. Fie există o „materie întunecată” invizibilă care le ține, fie legile gravitației trebuie schimbate la scări atât de mari. Încă nu se știe care variantă e cea bună.
Testul lui Kokodel
- Newton I. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. Londra, 1687.
- NASA Glenn Research Center. „Newton's Laws of Motion”.
- Westfall R. S. Never at Rest: A Biography of Isaac Newton. Cambridge University Press, 1980.
- Halliday D., Resnick R., Walker J. Fundamentals of Physics. Wiley.