Χαρακτηριστικές δυνάμεις 🎢

Γύρω μας υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη δυνάμεων. Κάθε φορά που κρατάς κάτι, που πέφτεις σε μια πισίνα ή που ένας μαγνήτης κολλάει στο ψυγείο, κάποια δύναμη δουλεύει. Σε αυτή την ενότητα θα γνωρίσουμε τις πιο σημαντικές από αυτές: το βάρος, την κάθετη δύναμη επαφής, την τάση, την ηλεκτρική και τη μαγνητική δύναμη, την τριβή και την άνωση.

Βάρος $\vec{B}$ 🌍

Όλα τα υλικά σώματα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω βαρυτικών δυνάμεων, επειδή έχουν μάζα. Οι δυνάμεις αυτές είναι συνήθως πολύ ασθενείς. Γίνονται όμως σημαντικές όταν εμπλέκονται σώματα με τεράστια μάζα, όπως οι πλανήτες και τα αστέρια.

Το μέτρο του βάρους υπολογίζεται από τη σχέση:

όπου $m$ είναι η μάζα του σώματος σε $kg$ και $g$ η επιτάχυνση της βαρύτητας. Στην επιφάνεια της Γης η μέση τιμή της είναι $g = 9{,}81\ m/s^2$.

Το βάρος έχει πάντα διεύθυνση κατακόρυφη και φορά προς το κέντρο της Γης — δηλαδή δείχνει πάντα «προς τα κάτω», όπου κι αν βρίσκεσαι.

Κάθετη δύναμη επαφής $\vec{N}$ 📦

Όταν ένα σώμα ακουμπά πάνω σε μια επιφάνεια —όπως ένα βιβλίο πάνω σε ένα θρανίο ή το σακίδιό σου πάνω στο πάτωμα— η επιφάνεια ασκεί στο σώμα μια δύναμη κάθετη στην επιφάνεια επαφής τους. Αυτή τη δύναμη την ονομάζουμε κάθετη δύναμη επαφής $\vec{N}$.

Η κάθετη δύναμη επαφής, μαζί με τις υπόλοιπες δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα, εξουδετερώνει την τάση του σώματος να «βυθιστεί» μέσα στην επιφάνεια, ώστε το σώμα να ισορροπεί πάνω της.

Τάση $\vec{T}$ 🪢

Τάση είναι η δύναμη που ασκεί ένα τεντωμένο νήμα ή σχοινί πάνω σε ένα σώμα που είναι δεμένο σε αυτό. Σκέψου ένα κουβαδάκι κρεμασμένο από ένα σχοινί: το σχοινί «τραβάει» το κουβαδάκι προς τα πάνω με τη δύναμη της τάσης.

Η τάση:

• είναι πάντα ελκτική — το σχοινί μπορεί μόνο να τραβήξει, ποτέ να σπρώξει,
• έχει διεύθυνση κατά μήκος του σχοινιού.

Το σύμβολο $T$ προέρχεται από την αγγλική λέξη Tension.

Ηλεκτρική δύναμη $\vec{F}_c$ ⚡

Αν τρίψεις μια πλαστική χτένα στα μαλλιά σου και μετά την πλησιάσεις σε μια λεπτή ροή νερού από τη βρύση, θα δεις κάτι εντυπωσιακό: το νερό καμπυλώνει προς τη χτένα! Η δύναμη που προκαλεί αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτρική δύναμη και οφείλεται στο ηλεκτρικό φορτίο.

Ο κανόνας είναι απλός:

• Μεταξύ όμοιων φορτίων (θετικό-θετικό ή αρνητικό-αρνητικό): δύναμη απωστική.
• Μεταξύ αντίθετων φορτίων (θετικό-αρνητικό): δύναμη ελκτική.

Η ηλεκτρική δύναμη είναι δύναμη από απόσταση — τα φορτισμένα σώματα δεν χρειάζεται να αγγίζονται για να αλληλεπιδράσουν.

Μαγνητική δύναμη $\vec{F}_M$ 🧲

Η μαγνητική δύναμη ασκείται από αντικείμενα που ονομάζουμε μαγνήτες. Όπως και η ηλεκτρική, είναι δύναμη από απόσταση και μπορεί να είναι είτε ελκτική είτε απωστική.

Ένας μαγνήτης:

• Έλκει αντικείμενα από σίδηρο, νικέλιο και κοβάλτιο — όχι όμως από χαλκό ή αλουμίνιο.
• Έχει πάντα δύο πόλους: τον βόρειο (N) και τον νότιο (S).
• Όμοιοι πόλοι απωθούνται, ενώ αντίθετοι πόλοι έλκονται — ακριβώς όπως με τα ηλεκτρικά φορτία.

Τριβή $\vec{f}_s$ και $\vec{f}_k$ 🛑

Η τριβή είναι δύναμη επαφής που ασκείται ανάμεσα στις επιφάνειες δύο σωμάτων και αντιστέκεται στην κίνηση, ή στην τάση για κίνηση, του ενός ως προς το άλλο. Υπάρχουν δύο είδη τριβής:

Άνωση $\vec{A}$ 🎈

Ένα σώμα που περιβάλλεται από ένα ρευστό (π.χ. νερό ή αέρας) δέχεται μια δύναμη αντίρροπη του βάρους του, δηλαδή με φορά αντίθετη από αυτό. Αυτή η δύναμη ονομάζεται άνωση και οφείλεται στη διαφορά πίεσης ανάμεσα στην πάνω και στην κάτω επιφάνεια του σώματος μέσα στο ρευστό.

Η άνωση εξαρτάται από:

• την πυκνότητα του ρευστού μέσα στο οποίο βρίσκεται το σώμα,
• τον όγκο του μέρους του σώματος που βρίσκεται μέσα στο ρευστό.

Η άνωση είναι πολύ πιο έντονη στα υγρά παρά στα αέρια. Γι' αυτό ένα πλοίο μπορεί να επιπλεύσει στη θάλασσα, ενώ στον αέρα κάτι τέτοιο θα ήταν πολύ πιο δύσκολο.