Promjene su teške, to već svi znamo. No sad ne mislimo samo na psihološki aspekt. Znate li da je otpor promjeni jedan od osnovnih zakona svemira? Taj otpor promjeni zove se inercija ili tromost i jako je važan koncept u fizici. Istražimo sve o njemu u ovom jednostavnom, ali fascinantnom eksperimentu.

Sadržaj:

1. Što je zapravo inercija?
2. Što je kretanje i koja ga svojstva opisuju?
3. Principi Newtonovih zakona gibanja
4. Potrebni materijali za demonstraciju inercije
5. Upute za demonstraciju inercije
5.1. Objašnjenje pokusa inercije – Zašto se lanac podiže?
6. Što ćete naučiti i koje vještine ćete razvijati

Što je zapravo inercija?

Ljudi su nekoć mislili kako je u prirodi objekta, koji se kreću, da se s vremenom zaustave. Ako želimo da se nastave kretati, moramo ih “potaknuti” primjenom sile, npr. pogurati. To je u skladu s našim svakodnevnim životom. Ako bacimo loptu, ona se neće kretati zauvijek. Past će na pod i zaustaviti se. Sve se s vremenom zaustavi.

No, ova “zdravorazumska” ideja je dovedena u pitanje u 17.stoljeću od Galilea, a kasnije Newtona i Descartesa. Galileo je proučavao putanje planeta i pri tome došao do neobičnog otkrića. Objekti se kreću sve dok ih neka sila ne zaustavi. Ovo otkriće objašnjava i kako je moguće da ne osjećamo nikakvo kretanje iako se Zemlja okreće oko Sunca. Mi se krećemo zajedno sa Zemljom, pa iz naše perspektive izgleda kao da ona stoji.

Sličan fenomen možemo opaziti ako se vozimo u dobro amortiziranom vozilu. Da ne vidimo i ne čujemo ništa, bilo bi teško reći krećemo li se ili stojimo. Galileo je ovo otkriće nazvao Zakon inercije (ili tromosti).

Inerciju možemo definirati kao svojstvo objekta da nastavi raditi ono što i do sada – ako se kretalo da se nastavi kretati, ako je mirovalo da nastavi mirovati. Drugi dio ove tvrdnje zvuči racionalno – objekti se ne počinju gibati sami od sebe. Ali prvi dio se kosi s našim iskustvom. Već smo rekli da se svi objekti s vremenom zaustave. Kako onda ovo može biti istina?

Evo u čemu je trik. Objekt će nastaviti raditi ono što je dosad sve dok na njega ne počne djelovati rezultantna sila različita od nule. Ha? Rezultantna sila je samo zbroj svih sila koje djeluju na objekt. Naša okolina djeluje na nas na razne načine i mnogo je sila različitih smjerova i jačina, a neke od njih se i poništavaju. Sile koje su uvijek prisutne kod kretanja objekata su trenje i gravitacija.

Kada šutnemo loptu po zemlji, ona će se zaustaviti zbog sile trenja. Da nema trenja, kretala bi se zauvijek (sve dok neka druga sila ne počne djelovati na nju). To možemo opažati ako usporedimo kretanje na površinama različite hrapavosti (i količine trenja). Na primjer, trava proizvodi puno trenja dok se lopta kotrlja po njoj, pa će se prije zaustaviti. Led, s druge strane bi omogućio lopti da se kotrlja puno, puno duže. Da uopće nema trenja (vakuum), lopta ne bi nikad stala. To se događa u svemiru!

Svi objekti se opiru promjeni, no što si veći (masom), inercija je veća. Znamo to intuitivno. Znamo da je teže pokrenuti (i zaustaviti!) veliku stijenu nego tenisku lopticu.

Što je kretanje i koja ga svojstva opisuju?

Gibanje je jedna od glavnih tema u fizici. Nije ni čudo, čitav svemir je neprestano u pokretu. Znanost o gibanju odgovara na mnogo važnih pitanja. Na primjer gdje smo, gdje smo bili i kamo idemo.

Gibanje može biti jednodimenzionalno, npr. automobil koji se kreće ravno po cesti. Može biti i višedimenzionalno, npr. podmornica koja se kreće i gore-dolje uz kretanje naprijed i nazad.

Gibanje možemo definirati kao promjenu položaja objekta (pomak) u nekoj jedinici vremena. Osim pomaka i vremena, postoje još neka važna svojstva koja opisuju gibanje.

Kada govorimo o promjeni položaja, dva su bitna pojma: pomak i put.

Put je skalarna veličina. To znači da je određena samo svojom brojčanom veličinom. Govori nam koliki je ukupni prijeđeni put od početne do završne točke. Sve udaljenosti su zbrojene, neovisno o njihovom smjeru. Na primjer, ako hodamo 50m zapadno i 20m nazad istočno, put će iznositi 70m.

S druge strane, pomak je vektorska veličina. To znači da ima ne samo brojčanu veličinu nego i smjer. Ako se poslužimo istim primjerom kao gore, totalni pomak bit će 30m zapadno. Ako se objekt giba pravocrtno u samo jednom smjeru, pomak i put će biti isti. Kad govorimo o pomaku, uvijek moramo spomenuti smjer.

Sličan slučaj je s brzinom. Ona može biti vektor ili skalar. Ako nas samo zanima prosječno prijeđeni put u jedinici vremena, govorimo o srednjoj brzini. To je skalarna veličina.  Ako govorimo o pomaku u određenom vremenu, bitan nam je smjer kretanja, dakle radi se o vektoru. Ako nema pomaka, npr. gibamo se 3 koraka lijevo pa 3 koraka desno, ipak možemo izračunati srednju brzinu koja će biti veća od 0. No brzina će biti 0 jer je pomak 0.

Posljednji bitan pojam je akceleracija ili ubrzanje. Akceleracija je promjena u brzini i prepoznajemo je kao ubrzavanje ili usporavanje. No s obzirom na to da brzina uključuje i smjer, čak je i promjena smjera zapravo akceleracija. Akceleraciju često pogrešno povezujemo s brojčanom veličinom brzine. Mislimo da objekt koji se giba velikom brzinom mora imati veliku akceleraciju. No, iznos brzine nije bitan, bitno je samo koliko se brzina mijenja u jedinici vremena.

Principi Newtonovih zakona gibanja

Philosophiae Naturalis Principia Mathematica je objavljena 1687. To je životno djelo Isaaca Newtona i jedna od najutjecajnijih knjiga u povijesti čovječanstva. Opisuje temeljne zakone gibanja, zakone koje i danas koristimo. Newtonovi zakoni gibanja promijenili su način na koji doživljavamo svijet i predstavljaju temelj klasične mehanike (nekad zvane i Newtonianska fizika).

Tri su zakona, i najčešće se zovu jednostavno Prvi, Drugi i Treći Newtonov zakon. Dobra vijest, znate već gotovo sve o Prvom zakonu. Newton je uzeo Galileov zakon inercije i preformulirao ga. No treba spomenuti da je odao dužno priznanje Galileu. Ovaj zakon kaže da “Svako tijelo ostaje u stanju mirovanja ili jednolikog gibanja po pravcu sve dok vanjske sile ne uzrokuju promjenu tog stanja.”

Drugi Newtonov zakon ili Temeljni zakon gibanja opisuje što se događa objektu na kojeg djeluje neka vanjska sila. Sila koja djeluje na objekt jednaka je umnošku njegove mase i akceleracije objekta. Vjerojatno vam je poznata formula F = m * a koja opisuje ovaj zakon. Čak i Prvi zakon može biti izveden iz ovoga, to je poseban slučaj kada je akceleracija 0.

Treći Newtonov zakon (zakon akcije i reakcije) kaže da svaka akcija izaziva reakciju koja je jednaka iznosom, ali suprotna smjerom. Kad postoji interakcija između dva objekta, oni djeluju jedan na drugoga simetričnom silom. Ta sila ima isti intenzitet, ali djeluje u suprotnom smjeru. Dobar primjer je lansiranje rakete. Ako vas zanima više, preporučujemo da pročitate kako funkcioniraju rakete i kako izraditi vlastitu pomoću sode bikarbone i scta, ili napravite raketu od šibica. Ne zaboravite testirati lansiranje!

Potrebni materijali za demonstraciju inercije

• Velika prazna čaša, najbolje prozirna
• Kuglice u lancu (mi smo koristili božićnu dekoraciju)

Upute za demonstraciju inercije

Pogledajte video na početku članka ili nastavite čitati za korak po korak upute za demonstraciju inercije.

1. Polako stavite lanac od kuglica u čašu pazeći da se ne zapetlja.
2. Podignite čašu i lagano povucite kraj lanca.
3. Uživajte u prizoru! 🙂

Objašnjenje pokusa inercije – Zašto se lanac podiže?

Kakva je ovo čarolija? Kako se lanac opire gravitaciji?

Fenomen “fontane od lanca kuglica” zaintrigirao je javnost kada je demonstriran u YouTube videu Stephena Moulda 2013. Izazvao je velik interes fizičara i potakao nova istraživanja.

Objašnjenje leži u strukturi lanca, odnosno činjenici da su kuglice povezane. Kada povučemo jedan kraj lanca, spojnice se rotiraju i kuglice udaraju jedna u drugu. To proizvodi veliku silu usmjerenju prema dnu čaše. Znamo iz Trećeg Newtonovog zakona da svaka akcija stvara reakciju, jednakog intenziteta, a suprotnog smjera. Ta povratna sila s donjeg kraja lanca uzrokuje da lanac poleti gore.

Što ćete naučiti i koje vještine ćete razvijati

• Što je inercija
• Karakteristike kretanja
• Newtonove zakone
• Znanost je zabavna! 🙂

Ako vam se svidjela ova aktivnost i htjeli biste probati još eksperimenata iz fizike, preporučujemo da istražite toplinsku kondukciju ili zgnječite limenku sa zrakom. Zvuči kul? Zaista je! Ako želite samo sjediti i razmišljati, imamo nešto u planu. Hanoi toranj je drevna zagonetka koja će sigurno testirati vaše logičko razmišljanje (i strpljenje!). Naučite kako izraditi Hanoi toranj, a reći ćemo vam čak i algoritam za rješavanje.

Pribilježite se na Newsletter

Pogledajte ostale aktivnosti iz kategorija…