חוקי התנועה.

שום דבר לא משתנה מעצמו

השאירו ספר על שולחן, והוא יישאר שם. החליקו דסקית על קרח, והיא תגלוש מרחק ארוך לפני שתיעצר. אלה נראים כמו שני דברים הפוכים, אבל שניהם מצייתים לאותו כלל: גוף ממשיך לעשות את מה שהוא כבר עושה, לעמוד במקום או לנוע בקו ישר במהירות קבועה, כל עוד לא פועל עליו כוח. אייזק ניוטון ניסח את זה כחוק התנועה הראשון שלו בשנת 1687.

הדסקית בסוף כן מאטה, והספר אף פעם לא מתחיל לזוז מעצמו, בגלל כוחות שאנחנו נוטים לשכוח: החיכוך בין הדסקית לקרח, והשולחן שדוחף את הספר כלפי מעלה בדיוק באותה עוצמה שבה הכובד מושך אותו למטה. כשהכוחות על גוף מבטלים זה את זה, התנועה שלו לא משתנה.

דחיפה משנה את המהירות

הדליקו את המאוורר בסצנה. הוא זורק אוויר לאחור, והעגלה מתחילה להתגלגל. הסתכלו על הסימנים הכתומים: הם מונחים כל חצי שנייה, והמרווחים ביניהם הולכים וגדלים. דחיפה קבועה לא נותנת מהירות קבועה. היא נותנת שינוי קבוע של המהירות, תאוצה.

החוק השני של ניוטון אומר כמה גדול השינוי הזה: התאוצה שווה לכוח השקול חלקי המסה, $a = \dfrac{F}{m}$⁠. הכפילו את הדחיפה, והעגלה תאיץ פי שניים מהר יותר. הכפילו את המסה, ואותה דחיפה תאיץ אותה רק בחצי. זו העגלה בסופרמרקט: לעגלה מלאה יש יותר מסה, ולכן הידיים שלכם נותנות לה פחות תאוצה. המסה, שנמדדת בקילוגרמים, היא מדד בדיוק לרתיעה הזאת מפני שינוי מהירות.

נסו: קבעו את דחיפת המאוורר על 0.2 N והשוו את מסת העגלה בין 0.5 kg ל־3 kg. אחר כך הורידו את דחיפת המאוורר ל־0 בזמן שהעגלה נוסעת, ושימו לב שהיא ממשיכה במהירות שהייתה לה.

חזרה לניסוי ↑

לכל דחיפה יש בן זוג

איך מאוורר דוחף עגלה? הוא דוחף את האוויר ומעיף אותו לאחור. האוויר דוחף בחזרה את המאוורר, ולכן גם את העגלה, באותה עוצמה בדיוק ובכיוון ההפוך. זה החוק השלישי של ניוטון: כוחות תמיד באים בזוגות, שווים בגודלם והפוכים בכיוונם, ופועלים על שני גופים שונים.

בחרו פועל תחת הצגת הכוחות כדי לראות את שני החצים של הזוג הזה. מכיוון שהם פועלים על גופים שונים, הם אף פעם לא מבטלים זה את זה. העגלה מרגישה רק את דחיפת האוויר עליה; האוויר מרגיש רק את דחיפת המאוורר עליו.

לקרוא את החצים

החשיפה מראה גם את המשקל של העגלה, שמושך למטה, ואת הכוח הנורמלי של המסילה, שדוחף למעלה. הם שווים, ולכן העגלה לא שוקעת ולא מתרוממת. לאורך המסילה יש את דחיפת המאוורר קדימה וחיכוך גלגול זעיר אחורה. החסירו אחד מהשני ותקבלו את הכוח השקול, הכוח היחיד שקובע את התאוצה. החץ הירוק מראה אותו, יחד עם התאוצה שהוא יוצר: 0.5 N על עגלה של 1 kg נותנים בערך חצי מטר לשנייה של מהירות בכל שנייה, כלומר $a \approx 0.5\ \mathrm{m/s^2}$$a \approx$$0.5\ \mathrm{m/s^2}$⁠.

מה המודל הזה משאיר בחוץ

המודל שומר על דחיפת המאוורר קבועה לגמרי ומתעלם מהתנגדות האוויר, שבעגלה אמיתית גדלה עם המהירות ומגבילה אותה בהדרגה. חיכוך הגלגול הוא חלק קטן וקבוע מהמשקל. מאווררים אמיתיים דוחפים פחות ככל שהעגלה מאיצה, ומסילות אמיתיות אף פעם לא מישוריות לגמרי. שלושת החוקים עצמם מתאימים מצוין לחפצים יומיומיים, ונכשלים רק קרוב למהירות האור או בקנה המידה של אטומים.