Početna veličina slova
Pogledajmo zajedno jednostavan pokus.
Novčić se nalazi na igraćoj karti koja prekriva gornji otvor čaše. Rukom ćemo naglo povući kartu. Što će se dogoditi s novčićem? Zbog čega?
Galileo Galilei početkom 17. stoljeća primijetio je da sva tijela “nastoje” održati svoju trenutačnu brzinu nepromijenjenom i po iznosu i po smjeru. To svojstvo svakog tijela da zadržava svoje stanje mirovanja ili gibanja Galileo je nazvao inercijom (lat. inertia = lijenost). Osim riječi inercija, često nailazimo i na sinonime poput ustrajnosti, postojanosti ili tromosti.
Fizička veličina kojom iskazujemo tromost je masa.
Da su sva tijela troma, najbolje ćemo uočavati upravo u trenutcima kada im se nastoji promijeniti brzina kao što je bio slučaj u prikazanom pokusu. Pri promjeni stanja gibanja ili mirovanja tijela uvijek je prisutno djelovanje okoline. Galilei je osmislio tzv.
“misaoni pokus
” koji prikazuje sljedeća animacija.
Kuglica se pusti iz početnog položaja A niz kosinu i gibajući se dolazi do ravnog dijela, a zatim se uspinje uz drugu kosinu do krajnjeg položaja B. Očito je na podlozi, u animaciji, utjecaj trenja na gibanje kuglice zanemariv jer u suprotnom kuglica ne bi mogla dohvatiti položaj B zbog djelovanja trenja na gibanje.
U drugom dijelu, desna se kosina “spušta” prema horizontali. Kuglica iz položaja A završava opet do točke B i to je u ovom slučaju njezina granica gibanja.
U trećem dijelu više nema kosine na desnom kraju i kuglica ispuštena iz položaja A više nikad ne bi postigla svoju prvotnu visinu nego se po horizontalnom pravocrtnom dijelu giba zauvijek. Galilei za taj slučaj tvrdi da se kuglica nastavlja gibati jednoliko pravocrtno jer ne postoji ništa da takvo gibanje spriječi.
Galileijeva je razmatranja Newton uključio u svoje zakone koje je 1687. godine objavio u djelu Philosophiae naturalis principia mathematica.
Prvi Newtonov zakon ili zakon tromosti kaže da tijelo u mirovanju ostaje u mirovanju, a tijelo koje se giba jednoliko po pravcu zadržava to stanje gibanja sve dok na njega ne počne djelovati rezultantna sila različita od nule.
Prvi Newtonov zakon zapravo čine dvije izjave koje možemo razdvojiti i razmatrati.
Tijelo u mirovanju ostaje u mirovanju sve dok na njega ne počne djelovati rezultantna sila različita od nule, ili drugim riječima: tijelo miruje jer je rezultantna sila na njega jednaka nuli.
Primjer 1.
Tijelo je s pomoću nerastezljivog užeta ovješeno za strop i miruje. Na tijelo djeluju dvije sile: sila teža i sila napetosti niti.
Razmislite što bi se događalo s tijelom kada bi prestala djelovati sila napetosti niti? Bi li i dalje mirovalo? Je li u tom slučaju rezultantna sila na tijelo jednaka nuli?
Navedene sile jedine su sile koje djeluju na tijelo u ovom primjeru. Iznos i smjer navedenih sila jednaki su, ali je orijentacija vektora sila suprotna. Dakle, rezultanta je tih sila nula i prema prvome Newtonovu zakonu tijelo miruje.
Proučimo i drugu izjavu sadržanu u prvome Newtonovu zakonu.
Tijelo koje se giba jednoliko po pravcu zadržava to stanje gibanja sve dok na njega ne počne djelovati rezultantna sila različita od nule, ili drugim riječima: ako je rezultantna sila na tijelo ono se može gibati jednoliko po pravcu.
Prije Newtonova objašnjenja u prvom Newtonovu zakonu smatralo se da i za jednoliko pravocrtno gibanje tijela treba sila različita od nule. Na primjer, dok se vozimo biciklom po pravcu brzinom trebamo okretati pedale jer bismo u suprotnom stali.
Ali, to nije jedina sila koja utječe na naše gibanje. Trebamo uračunati i utjecaj sile trenja između bicikla i podloge po kojoj vozimo te silu otpora zraka. Time se postiže ukupni učinak sila na biciklista od i zato je gibanje bicikla jednoliko. Napomenimo da je dojam o stalnoj brzini gibanja varljiv jer u stvarnosti bicikl stalno malo ubrzava i trenje ga malo usporava pa zato nikad nemamo savršeno jednoliko gibanje u vožnji biciklom.
Riješite kratki kviz.
Promatramo mirovanje knjige na horizontalnoj podlozi stola kao što je prikazano na slici.
Knjiga prikazana na slici miruje jer je:
Na knjigu, uz silu težu, djeluje:
Ako je rezultantna sila kojom okolina djeluje na tijelo ni prema drugom Newtonovu zakonu tijelo nema ubrzanja pa će mirovati ili će se jednoliko gibati po pravcu. To znači da bi se moglo smatrati kako je prvi Newtonov zakon zapravo obuhvaćen drugim. No, prvi zakon Newton navodi izdvojeno jer njime dodatno definira (uvodi) tromost. Time je odao priznanje Galileiju koji ga je iskazao gotovo 50 godina prije.
Usto, kao što ćemo vidjeti u jedinici Inercijski i neinercijski sustavi, prvi Newtonov zakon pomoći će nam da razlikujemo referentne sustave u kojima promatramo pojave.
Podsjetite se što ste iz Povijesti učili o vremenu u kojem su djelovali Isaac Newton i Galileo Galilei. Također, prisjetite se što ste učili o grčkom filozofu Aristotelu.
Učenicima koji žele znati više predlažemo projekt Aristotelovi fizikalni koncepti.
Iz Povijesti ste učili o grčkom filozofu Aristotelu, a o njemu ćete govoriti i na nastavi Filozofije. Jedno od njegovih poznatijih djela upravo je Fizika, u kojoj on razrađuje vlastite fizikalne koncepte. Nakon istraživanja Galileija i Newtona ti su koncepti u fizici napušteni. Proučite što je Aristotel napisao o gibanju i silama, a zatim usporedite s Newtonovim zakonima. Na primjeru iz svakodnevnog života objasnite razliku u tvrdnjama Aristotela s jedne strane, te Newtona i Galileija s druge.
Prvi Newtonov zakon govori nam o vrstama gibanja tijela kada je rezultantna (ukupna) sila na tijelo jednaka nuli. Taj je zakon poznat i kao zakon inercije ili zakon tromosti (ustrajnosti).
Tijela zbog inercije uvijek nastoje održati svoje stanje gibanja nepromijenjenim, ako miruju, nastoje i dalje mirovati, ako se gibaju, tada “ne žele” stati. Za svaku takvu promjenu gibanja potrebno je vrijeme tijekom kojeg okolina djeluje na tijelo u gibanju.
Ako rezultantna sila kojom okolina djeluje na tijelo iznosi
tijelo će zbog svoje inercije ili tromosti:
Na tijelo djeluju sile od
i
na istom pravcu. Koliki iznos mora imati treća sila koja djeluje na tijelo ako ono miruje.
Automobil mase
giba se stalnom brzinom
na dijelu puta dugom
Rezultantna sila koja pritom djeluje na automobil iznosi:
Prvi Newtonov zakon naziva se još:
