Fysiikka 1 – luku 4: Vuorovaikutus ja voima

Newton oli taitava matemaatikko. Hän ratkaisi planeettojen liikettä koskevan ongelman. Samalla hän loi pohjan koko klassiselle mekeaniikalle. Newtonin kirjoittama Principia sisältää Newtonin liikelait ja painovoimateorian. Newtonin mekaniikan pätevyysraja tulee vastaan, kun tutkitaan lähes valonnopeudella liikkuvia kappaleita ja mallinnetaan universumin suurimpia ja pienimpiä rakenteita. Silloin tarvitaan avuksi suhteellisuusteoriaa tai kvanttimekaniikkaa. 

4.1 Vuorovaikutuksia                                                            

Jokainen kappale on aina vuorovaikutuksessa useiden muiden kappaleiden kanssa. Kahden kappaleen vuorovaikutuksessa kumpaankin kappaleeseen vaikuttaa vuorovaikutuksesta johtuva voima. Kahden kappaleen vuorovaikutus aiheuttaa voimaparin. Kuun ja Auringon gravitaatiovuorovaikutus Maan kanssa vaikuttaa vuorovesi-ilmiöön.

Paino eli gravitaatio on etävoima. Etävoimia ovat myös varauksisten kappaleiden välillä vaikuttava sähköinen voima ja magneettisten kappaleiden välinen  magneettinen voima. Vuorovaikutukset voidaan jakaa kosketusvuorovaikutuksiin ja etävuorovaikutuksiin.

Vuorovaikutustapahtumassa molempiin osapuoliin kohdistuu voima. Kosketusvuorovaikutuksessa voima on kosketusvoima. Etävuorovaikutukset vaikuttavat kappaleiden välillä ilman kosketusta. Vaikka voima ja vastavoima ovat yhtä suuret ja vastakkaissuuntaiset, ne eivät voi kumota toistensa vaikutusta, koska ne vaikuttavat eri kappaleisiin. Vektorisuureita, kuten voimaa, kuvataan piirroksissa vektorinuolilla. Nuolen pituudella voidaan kuvata voiman suuruutta.

Newtonin lait                                                      

Newtonin ensimmäisen lain eli jatkavuuden lain mukaan kappale, joka ei ole vuorovaikutuksessa muiden kappaleiden kanssa, pysyy levossa tai jatkaa liikettään suoraviivaisesti muuttumattomalla nopeudella.

Newtonin toisen lain eli dynamiikan peruslain mukaan kappaleen saama kiihtyvyys on suoraan verrannollinen kappaleeseen vaikuttavaan kokonaisvoimaan ja kääntäen verrannollinen kappaleen massaan. Eli F = ma.

Newtonin kolmas laki on voiman ja vastavoiman laki. Sen mukaan kahden kappaleen vuorovaikutuksessa vaikuttaa kaksi voimaa, voima ja vastavoima. Ne ovat yhtä suuria ja vastakkaissuuntaisia ja vaikuttavat eri kappaleisiin eli vuorovaikutustapahtuman osapuoliin.

Paino

Avaruusaluksessa vallitsevaa tilaa kutsutaan usein painottomuudeksi, mutta kyse ei ole painon vaan TUKIVOIMIEN puuttumisesta. Tukivoimia ei ole, koska avaruusaluksella ja kaikilla sen sisällä olevilla kappaleilla on sama kiihtyvyys g. Kiihtyys on Maan keskipistettä kohti, mutta koska avaruusalukselle on lennon alkuvaiheessa annettu Maan pinnan suuntainen nopeus, alus ei putoa Maan pinnalle vaan kiertää Maata eli ”putoaa ohi”.

Kuussa putoamiskiihtyyden suuruus on noin 1,62 m/s². Kuussa kappaleen massa on sama kuin maassa mutta paino noin kuudesosa siitä mitä se on maassa.