W poprzednim odcinku napisałem, że równania Newtona to równania różniczkowe, ale uczniowie bazgrający w zeszytach wzór F=am nie zdają sobie z tego sprawy. Zobaczmy więc co owi uczniowie mogą wynieść z lekcji o drugiej zasadzie dynamiki. Przede wszystkim wiedzą, że jeśli na ciało działa siła, to przyspieszenie tego ciała jest do niej proporcjonalne. Proporcjonalność jakich wiele?
Otóż nie, wzór ma dość istotną treść, co może uda mi się pokazać niżej. Ale żeby w ogóle mówić o powyższym wzorze, trzeba najpierw odpowiedzieć sobie, co to jest przyspieszenie. Od razu pojawia się odpowiedź: jak ciało przyspiesza, to ma przyspieszenie. Czyli mamy np. taki obrazek:
Ale przyspieszenie jest również wtedy, gdy poruszające się ciało zmienia kierunek. Na przykład wtedy:
Ogólnie rzecz biorąc, pojawia się wtedy, gdy ruch się zmienia. Może to określenie dalekie jest od ścisłości, ale dość dobrze oddaje charakter tej wielkości. Bardziej ściśle powiedzielibyśmy, że przyspieszenie opisuje zmiany prędkości a tak już całkiem dokładnie, że to pochodna prędkości po czasie („prędkość prędkości” :)). Zostańmy jednak przy nieścisłym określeniu, że przyspieszenie opisuje zmiany ruchu. Teraz ową drugą zasadę można opisać „własnymi słowami”:
Siła powoduje zmiany ruchu. Im mniejsza masa, tym te zmiany są większe.
To rewolucyjne podejście urodzone przez Galileusza i Newtona, nie jest jednak przyjmowane w życiu codziennym za dobrą monetę. Zwykle większość z nas wyznaje pogląd:
Siła powoduje ruch. (ŹLE)
No bo przecież jak silnik w samochodzie przestanie pracować to samochód staje. Według wiedzy potocznej, żeby zacząć ruch trzeba zacząć działać siłą, żeby się zatrzymać wystarczy przestać działać siłą. Osoby proszone o wyjaśnienie, jaka to siła działa na krążek hokejowy, który ślizga się po lodzie z dużą prędkością, odpowiadają zwykle „siła bezwładności”[1].
Pogląd ten wynika z wszechobecności rozmaitych sił oporu. Są tak powszechne, że zwykle je ignorujemy w oglądzie sytuacji. Jeśli samochód jedzie ze stałą prędkością, oznacza to, że siła „napędowa”[2] równoważy działanie sił oporu, czyli siły się znoszą do zera[3].
Przypomnę więc jeszcze raz najważniejszą rzecz z dzisiejszej pogawędki: siła powoduje, że ruch się zmienia.
[1] Swoją drogą ciekawy potworek pojęciowy, bo (co by to nie było) nie jest to bynajmniej ta sama siła bezwładności, która pojawia się w układach nieinercjalnych.
[2] Pikantnym szczegółem w przypadku ruchu pojazdów jest to, że samochód przyspiesza dzięki siłom tarcia! No bo przecież opony „odpychają się” od drogi, co wiedzą wszyscy ci, którzy próbują wyjechać z oblodzonych kolein.
[3] Przykład może nie ścisły do końca, bo co tak naprawdę oznacza brak działania sił na samochód, można odczuć, gdy pojazd wpada w poślizg gdy jest gołoledź.
