Έχεις αναρωτηθεί ποτέ πως λειτουργεί ο κόσμος γύρω σου; Ο 2ος νόμος του Νεύτωνα, αφορά την σχέση που έχει μια δύναμη και με την μάζα και την επιτάχυνση. Είναι μια ύλη που όλοι μαθαίνουμε στο σχολείο, στα πλαίσια της Φυσικής, αλλά πότε εύκολο είναι να αντιληφθούμε πρακτικά παραδείγματα; Γύρω σου, υπάρχουν δεκάδες παραδείγματα εφαρμογής του δεύτερου νόμου του Νεύτωνα. Απλά, ίσως δεν εστιάζεις στην παρατήρησή τους και τα θεωρούμε “δεδομένα”, “λογικά” και “φυσικά” . Με άλλα λόγια, οτι απλά έτσι λειτουργούν τα “πράγματα”, έτσι είναι η πραγματικότητα.
Στα επόμενα λεπτά, θα πρακτικά παραδείγματα του 2ος νόμος του Νεύτωνα. Χρήσιμη γνώση για να αντιλαμβάνεστε διαφορετικά τον κόσμο γύρω σας. Αν είσαι δάσκαλος, μπορείς να τα μεταφέρεις στους μαθητές σου, αν είσαι μαθητής σου φίλους σου, στον δάσκαλό σου.
Τα παρακάτω πρακτικά παραδείγματα εφαρμογής του 2ου Νόμου του Νεύτωνα, θα σε βοηθήσουν ώστε να καταλάβεις που εφαρμόζεται αυτή η μαθηματική σχέση (F = ma). Θα δείς περιπτώσεις όπου η Φυσική και τα Μαθηματικά συναντούν την πραγματικότητα. Έτσι καταλαβαίνεις καλύτερα τον κόσμο, μαθαίνεις γιατί διαβάζεις αυτά που διαβάζεις και έχεις πιο σωστή αντίληψη της πραγματικότητας.
Ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή.
2ος νόμος του Νεύτωνα
Πριν αναφέρω κάποια από τα παραδείγματα του 2ου νόμου του Νεύτωνα, ας θυμηθούμε τον ορισμό του.
Η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σ’ ένα σώμα, ισούται με το ρυθμό μεταβολής της ορμής του σώματος.
2ος νόμος του Νεύτωνα (θεμελιώδης νόμος της μηχανικής)
Με απλά λόγια αυτό που μας λέει είναι οτι αν αναλύσουμε όλες τις δυνάμεις σε ένα σώμα και τις αθροίσουμε, τότε το άθροισμα αυτό ισούνται με το πόσο γρήγορα μεταβάλεται η ορμή του σώματος.
Παράδειγμα #1 – Αυτοκινητόδρομος
Σε έναν αυτοκινητόδρομο, βλέπουμε διάφορα οχήματα όπως αυτοκίνητα, νταλίκες, μηχανάκια. Το κάθε ένα από αυτά, έχει διαφορετικό βάρος και αντιδρά με διαφορετικό τρόπο στην επιτάχυνση και επιβράδυνση του. Για παράδειγμα μια νταλίκα, επιβραδύνει σε μεγαλύτερο χρόνο απο οτι ένα μηχανάκι ή αυτοκίνητο. Γιατί συμβαίνει αυτό;
Η δύναμη που ευθύνεται στην αλλαγή της κατάστασης σχετίζεται με την μάζα. Στον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, η δύναμη F είναι ανάλογη με την μάζα του αντικειμένου m. Άρα λοιπόν, μεγαλύτερη μάζα έχει ως αποτέλεσμα, μεγαλύτερη δύναμη. Έτσι, όσο πιο μεγάλο και πιο βαρύ είναι ένα όχημα, τόσο μικρότερη είναι η επιτάχυνση του.
Τώρα είστε σε θέση να καταλάβετε γιατί σε μεγάλα και βαριά οχήματα, είναι απαραίτητος ένας κινητήρας με πολλούς ίππους. Οι ίπποι ενός κινητήρα αφορούν ουσιαστικά την δύναμη που έχει το όχημα να υπερνικήσει την τριβή με την έδαφος και σε περίπτωση κατηφόρας ένα μέρος από το ίδιο του το βάρος.
Ένα φορτηγό δεν θα μπορούσε ποτέ να δουλέψει με κινητήρα από ένα μηχανάκι. Τεχνικά θα ήταν εφικτό αλλά η επιτάχυνση και η κίνησή του θα ήταν παρα πολύ μικρή.
Παράδειγμα #2 – Supermarket
Ένα άλλο απλό και καθημερινό παράδειγμα είναι η μεταφορά τροφίμων με ένα καρότσι στο supermarket. Ένα άδειο καρότσι κινείται πιο εύκολα από ένα γεμάτο. Επιπλέον, η επιτάχυνση σε ένα άδειο καρότσι είναι μεγαλύτερη απο ένα γεμάτο. Όλα αυτά δεδομένου πως ασκούμε την ίδια δύναμη.
Άρα λοιπόν, η δύναμη που ασκούμε (σπρώχνουμε) σε ένα καρότσι στο supermarket έχει άμεση σχέση με την μάζα του.
Παράδειγμα #3 – Ζώνη αυτοκινήτου
Όλοι θα έχουμε ακούσει οτι οι ζώνες σώζουν ζωές. Είναι όμως αλήθεια αυτό και αν ναι, υπάρχει κάποια επιστημονική εξήγηση; Η ζώνη στο αυτοκίνητο είναι ένας μηχανισμός με στόχο να μειώσει την επιτάχυνση σου. Να ελαχιστοποιήσει δηλαδή την απομάκρυνση του σώματος σου από το κάθισμα. Πότε μπορεί να γίνει αυτό; Οι πιο συχνές και κλασικές περιπτώσεις είναι ένα απότομο φρενάρισμα ή ακόμη χειρότερα σε ένα τρακάρισμα.
Εάν η ζώνη δεν χρησιμοποιείται σε μια απότομη αλλαγή της ταχύτητας του αυτοκινήτου το σώμα κινείται προς τα εμπρός. Έτσι, σε ένα μεγάλο απότομο φρενάρισμα, ίσως ο κορμός του ανθρώπου να συγκρουστεί και με το μπαμπρίζ του αυτοκινήοτυ.
Όσο πιο γρήγορα σταματήσει το σώμα, απο αυτή την απότομη κίνηση λόγο του φρεναρίσματος τόσο πιο μικρή θα είναι η δύναμη που θα αισθανθούμε. Ο λόγος είναι οι νόμοι της Φυσικής.
Τα παραπάνω είναι καποια από τα πολλά καθημερινά παραδείγματα για το πως μπορεί να χρησιμοποιηθεί ο 2ος νόμους του Νεύτωνα. Σε προηγούμενο άρθρο, έχουμε αναφέρει και παραδείγματα για τον 3ο νόμο του Νεύτωνα, που είναι εξίσου ενιαφέρον.
