Η Βαρυτική Δύναμη και η Δράση της 🌍

Η βαρυτική δύναμη είναι μια δύναμη που ασκείται από τη Γη σε όλα τα σώματα, ανεξάρτητα από το αν βρίσκονται στο έδαφος ή στον αέρα. Η Γη τραβάει πάντα τα σώματα προς το κέντρο της. Αυτές οι δυνάμεις είναι πάντα ελκτικές, δηλαδή τραβούν τα αντικείμενα προς τα μέσα.

Ο Νεύτωνας σκέφτηκε ότι η βαρυτική δύναμη δεν σταματά στην επιφάνεια της Γης. Υποστήριξε ότι η ίδια δύναμη που κάνει ένα μήλο να πέφτει από το δέντρο, ασκείται επίσης στη Σελήνη 🌕 και την αναγκάζει να κινείται γύρω από τη Γη σε μια σχεδόν κυκλική τροχιά. Έτσι, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όλα τα σώματα στο σύμπαν ασκούν βαρυτικές δυνάμεις μεταξύ τους.

Το βάρος έχει την διεύθυνση της ακτίνας της Γης και κατεύθυνση προς το κέντρο της. Αυτή η κατεύθυνση ονομάζεται κατακόρυφος του τόπου. Μπορούμε να το φανταστούμε με ένα νήμα που κρέμεται προς τα κάτω.

Μεταβολή του Βάρους με το Ύψος

Το βάρος ενός αντικειμένου αλλάζει ανάλογα με το πόσο ψηλά βρίσκεται από το έδαφος ⛰️. Όσο πιο ψηλά ανεβαίνει ένα αντικείμενο, τόσο μικρότερο γίνεται το βάρος του.

Για παράδειγμα, ένα παιδί που ζυγίζει $300$ Ν στην επιφάνεια της θάλασσας 🌊, θα ζυγίζει περίπου $299$ Ν αν βρισκόταν στην κορυφή του Έβερεστ 🏔️, που είναι ένα πολύ ψηλό βουνό.

Ακόμα, ένας αστροναύτης 🧑‍🚀 που βρίσκεται σε ένα ύψος που είναι ίσο με την ακτίνα της Γης 🌍, θα έχει βάρος που είναι το $\frac{1}{4}$ του βάρους που έχει στην επιφάνεια της Γης. Αυτό σημαίνει ότι αν ζύγιζε $100$ Ν στη Γη, θα ζύγιζε μόνο $25$ Ν στο συγκεκριμένο ύψος.

Εισαγωγή στην Τριβή ✏️

Η τριβή είναι μια δύναμη που αντιστέκεται στην κίνηση. Μπορείς να το καταλάβεις αν σπρώξεις το βιβλίο σου στο θρανίο και δεις ότι σταματάει μετά από λίγο. Η τριβή είναι αυτή που το σταμάτησε. Επίσης, όταν κινείς τη γόμα σου στο τετράδιο, η τριβή είναι η δύναμη που αντιστέκεται στην κίνηση της γόμας. 🧽

Η τριβή υπάρχει σε πολλές κινήσεις που βλέπουμε κάθε μέρα. Έχει δύο σημαντικούς ρόλους:

1. Μερικές φορές, η τριβή εμποδίζει την κίνηση, όπως όταν ένας αλεξιπτωτιστής πέφτει 🪂 ή όταν κολυμπάμε. 🏊‍♀️
2. Άλλες φορές, η τριβή μας βοηθάει να κινηθούμε. Για παράδειγμα, αν δεν υπήρχε τριβή, θα γλιστρούσαμε σαν να ήμασταν πάνω στον πάγο. 🧊 Επίσης, ένα αυτοκίνητο 🚗 χρειάζεται την τριβή για να κινείται. Χωρίς αυτήν, οι ρόδες θα γύριζαν απλώς χωρίς να το μετακινήσουν.

Ορισμός της Τριβής

Γενικά, η τριβή είναι η δύναμη που ασκείται όταν δύο πράγματα είναι σε επαφή και το ένα κινείται ή προσπαθεί να κινηθεί σε σχέση με το άλλο. Η τριβή είναι παράλληλη στις επιφάνειες που ακουμπάνε και έχει φορά αντίθετη προς την κίνηση, εμποδίζοντας έτσι την ολίσθηση.

Πώς Σχεδιάζουμε τις Δυνάμεις

Για να καταλάβουμε πώς κινείται ένα σώμα 🤸, πρέπει να σχεδιάσουμε την κίνησή του, εστιάζοντας στην αιτία που την προκαλεί, δηλαδή τη δύναμη. Το πρώτο βήμα είναι να βρούμε όλες τις δυνάμεις που δρουν πάνω στο σώμα. Μπορεί να υπάρχουν πολλές δυνάμεις που ασκούνται ταυτόχρονα.

Για να σχεδιάσουμε τις δυνάμεις, ακολουθούμε τα εξής βήματα:

1. Πρώτο: Επιλέγουμε το σώμα που μας ενδιαφέρει.

2. Δεύτερο: Σχεδιάζουμε τις δυνάμεις όπως φαίνονται.

3. Τρίτο: Εντοπίζουμε τα σώματα με τα οποία το σώμα αλληλεπιδρά. Κάθε επαφή σημαίνει και δύναμη 💪.

   • Αν το σώμα βρίσκεται σε επαφή με επιφάνεια, υπάρχουν δύο περιπτώσεις:
     • Αν η επιφάνεια είναι λεία, υπάρχει μόνο η δύναμη από το σώμα κάθετα προς την επιφάνεια.
     • Αν η επιφάνεια δεν είναι λεία, εκτός από την κάθετη δύναμη, υπάρχει και η δύναμη της τριβής, η οποία αντιτίθεται στην κίνηση του σώματος.
   • Αν το σώμα είναι δεμένο με νήμα, τότε η δύναμη από το νήμα έχει την διεύθυνση του νήματος και φορά από το σώμα προς το νήμα. Το νήμα ασκεί δύναμη μόνο εφόσον είναι τεντωμένο.
   • Αν το σώμα είναι δεμένο με ελατήριο, τότε ασκεί δύναμη στην διεύθυνση του ελατηρίου και φορά τέτοια ώστε να τείνει να επαναφέρει το ελατήριο στο φυσικό του μήκος. Ελατήρια ασκούν δυνάμεις μόνο εφόσον είναι σε συμπίεση ή επιμήκυνση. Ελατήρια που έχουν το φυσικό τους μήκος δεν ασκούν δυνάμεις.

Για παράδειγμα, αν έχουμε ένα βιβλίο 📚 πάνω σε ένα τραπέζι, οι δυνάμεις που ασκούνται στο βιβλίο είναι:

• Το βάρος $W$ (ασκείται από τη γη 🌍).
• Η δύναμη από το τραπέζι $F_N$.