Pierwsza zasada dynamiki Newtona - wstêp

Dlaczego to jest takie trudne?

Zrozumienie sensu pierwszej zasady dynamiki Newtona jest jednym z najtrudniejszych zadañ dla ucznia ucz±cego siê fizyki w gimnazjum i liceum. Wynika to z faktu, ¿e zasada ta wymusza zanegowanie pewnych instynktownych oczekiwañ, sprzeciwienia siê temu, co wydaje siê „oczywiste” tylko z powodu naszego ¿yciowego przyzwyczajenia.

Przypomnijmy wiêc na pocz±tek najbardziej podstawow± formê tego prawa:

Cia³o, na które nie dzia³aj± ¿adne si³y pozostaje w spoczynku lub porusza siê ruchem jednostajnym prostoliniowym.

Pocz±tek zdania zawieraj±cego I zasadê, jest jasny dla ka¿dego, nawet absolutnie pocz±tkuj±cego w nauce fizyki, a¿ do momentu pojawienia siê tekstu:
”...porusza siê ruchem jednostajnym  prostoliniowym.”

Osobnik ucz±cy siê fizyki po raz pierwszy, po jego przeczytaniu, zastanawia siê zazwyczaj:
„ki diabe³?! Porusza siê? A co go pcha, skoro nie ma ¿adnej si³y?”
- bo aby istotê I zasady dynamiki poj±æ, musimy zmusiæ nasz umys³ do „przewrotu kopernikañskiego”, do zwalczenia intuicyjnego sposobu postrzegania ruchu.

I zasada dynamiki stawia nam przewrotnie pytanie:

Co jest bardziej „naturalne”: ruch, czy spoczynek cia³?

Jest to pytanie bardzo podstawowe i, wbrew pozorom, trudne. ¦wiadczy o tym fakt, ¿e mêdrcom staro¿ytnym nie uda³o siê na nie prawid³owo odpowiedzieæ. Sam Arystoteles - powszechnie uwa¿any za najwiêkszy umys³ staro¿ytno¶ci – te¿ odpowiedzia³ na nie b³êdnie (Arystoteles ¿y³ w Grecji w latach 384-322 p.n.e.).

Jak rozumowali staro¿ytni?
Gdy patrzymy na nasze otoczenie, widzimy, ¿e zazwyczaj kamienie, drzewa i inne przedmioty – spoczywaj±. ¯eby siê porusza³y, trzeba siê pomêczyæ – zadzia³aæ si³±. £atwo jest wyci±gn±æ z tego wniosek, ¿e norm± jest spoczynek, a wyj±tkiem – ruch. Tak te¿ naucza³ Arystoteles – ale, jak napisano wy¿ej – naucza³ B£ÊDNIE!

Trzeba jednak oddaæ wielkiemu filozofowi sprawiedliwo¶æ - jego wizja jest bardzo bliska temu, co niemal ka¿dy z nas postrzega wokó³ siebie i "rozumie" intuicyjnie. A w tamtych czasach nauka nie dysponowa³a jeszcze, dzisiaj oczywistymi, "prawami naukowego my¶lenia" - prawami, które fizyków wspó³czesnych broni± przed zbyt ³atwym wnioskowaniem, opartym na filozofuj±cym "widzimisiê". Dzi¶ wiemy, ¿e podstaw± dla nauk fizycznych jest do¶wiadczenie. Ono jest ostatecznym arbitrem s³uszno¶ci hipotez i od jego wyroku nie ma odwo³ania. A w³a¶nie dziêki przeprowadzeniu do¶wiadczeñ mo¿emy siê przekonaæ, ¿e proste wyobra¿enia zwi±zane ruchem nie wytrzymuj± próby starcia z logik± i twardymi faktami.

Niestety, potrzeba oparcia siê na do¶wiadczeniu by³a dla wiêkszo¶ci filozofów staro¿ytnych niezrozumia³a; z kolei w czasach ¶redniowiecza, fizyka raczej nie doczeka³a siê ³aski zainteresowania uczonych. Dlatego ów mylny pogl±d na temat ruchu przetrwa³ w nauce ponad tysi±c lat – a¿ do XVII wieku, kiedy to przeciwstawi³ mu siê geniusz Galileusza (Galileusz - Galileo Galilei ¿y³ w latach 1564-1642 i by³ w³oskim filozofem, astronomem, fizykiem).

Có¿ zauwa¿y³ Galileusz?
- to co inni przeoczyli. A przeczyli tylko dlatego, ¿e owo „co¶” jest tak...
...oczywiste
i tak powszechne, ¿e spotyka siê je na ka¿dym kroku. To „co¶” nazywa siê TARCIE!

Przeciêtny nieobeznany z fizyk± cz³owiek nie zauwa¿a tarcia dlatego, ¿e brak mu sytuacji, w której tego¿ tarcia jest pozbawiony. A poniewa¿ postrzegamy rzeczy poprzez kontrast z ich brakiem, wiêc, dopóki co¶ nam owej wiedzy si³± do g³owy nie „wmusi”, tarcia nie zauwa¿ymy.
Galileusz podszed³ do sprawy bardziej wspó³cze¶nie - naukowo: zacz±³ wykonywaæ do¶wiadczenia zwi±zane z ruchem - zrzuca³ przedmioty z krzywej wie¿y w Pizie, skonstruowa³ sobie równiê (pochylniê) i obserwowa³ jak zsuwaj± siê po niej ró¿ne cia³a. Dziêki wieloletnim wysi³kom uda³o mu siê rozdzieliæ poszczególne czynniki maj±ce wp³yw na ruch - masê, si³y (w szczególno¶ci si³ê tarcia), wyra¼nie te¿ rozgraniczy³ dwie podstawowe wielko¶ci opisuj±ce ruch - prêdko¶æ i przyspieszenie.

Ostatecznie wiêc, Galileusz postawi³ sprawê tak:
Niekoniecznie przy braku si³y cia³o musi pozostawaæ w spoczynku – je¶li wcze¶niej by³o w ruchu, to brak si³y (a wiêc równie¿ si³y tarcia!) spowoduje, ¿e cia³o swój ruch zachowa, czyli bêdzie porusza³o siê ruchem jednostajnym prostoliniowym.

Gdy czytamy tekst podobny do niniejszego wydaje nam siê, ¿e to taki „oczywiste”. My jeste¶my m±drzy – tak sobie mówimy, MY rozumiemy jak jest.

Ale odpowiedzmy sobie teraz na takie proste pytanie:
Dlaczego pocisk wystrzelony z armaty leci, mimo ¿e ju¿ ¿adne ci¶nienie gazów prochowych go ju¿ nie pcha (my¶lê o locie pocisku ju¿ po opuszczeniu lufy)?

I za³o¿ê siê o mój beret, ¿e wiêkszo¶æ osób wyt³umaczy to mniej wiêcej tak:
- bo przecie¿ ca³y czas pcha go si³a rozpêdu...
lub
- bo si³a gazów prochowych siê "zmagazynowa³a" w pocisku i teraz go popycha...

I tu ciê mam! – odpowiadam Ja, czyli chwilowo tryumfuj±cy autor tego tekstu (có¿ mu z tego drobnego tryumfu, skoro portfel pusty, a ¿ycie ciê¿kim jest?...).

„ Si³a rozpêdu” – ten twór jêzykowy jest w³a¶nie symbolicznym i oczywistym dowodem na to, ¿e umys³ wiêkszo¶ci ludzi wci±¿ wci±¿ tkwi w mrokach „fizycznego ¶redniowiecza” (dok³adniej fizycznej staro¿ytno¶ci), ci±gle "wierzy" przede wszystkim Arystotelesowi.

"Si³a rozpêdu" nie istnieje!

A w rzeczywisto¶ci
NIE MA ¯ADNEJ "SI£Y ROZPÊDU
"!

Jej koncepcja opiera siê fakcie nie zrozumienia pojêcia si³y oraz w³a¶nie "zapomnieniu" o I zasadzie dynamiki Newtona.

Warto raz na zawsze zapamiêtaæ:

Cia³o porusza siê nie si³± rozpêdu, lecz „z natury” - je¶li tylko wcze¶niej by³o w ruchu.

 I nie trzeba jego ruchu uzasadniaæ obecno¶ci± jakiej¶ "zmagazynowanej", czy jakiejkolwiek innej, si³y.  Rozpêdzanie kuli armatniej (a wiêc w³a¶nie dzia³anie si³±) odbywa siê wy³±cznie na krótkim odcinku jej kontaktu z gazami prochowymi. Pó¼niej kula sobie leci z "natury", z rozpêdu, z faktu, ¿e tak w³a¶nie jest, bez dzia³ania ¯ADNEJ (!!!) si³y podtrzymuj±cej ruch.. To jest fakt i basta (Przepraszam, ¿e tak czêsto go powtarzam, ale do¶wiadczenie dowodzi, ¿e to i tak ma³o...). 
Jednak zrozumieæ do koñca ten fakt nie jest ³atwo, a jeszcze trudniej jest (ju¿ po zrozumieniu) zmusiæ swój umys³ do sta³ej akceptacji tego co siê zrozumia³o - tak, aby sam z siebie, intuicyjnie podpowiada³ nam w³a¶ciw± interpretacjê zjawisk mechanicznych.

Tyle na razie o I zasadzie dynamiki. Ale, mam nadziejê, ¿e uda mi siê co¶ jeszcze napisaæ na ten temat, bo jest mi on bliski. Mo¿e jeden tekst - esej, mo¿e dwa. Skoro ju¿ zacz±³em, to si³± rozpêdu...

Druga czê¶æ rozwa¿añ na temat I zasady dynamiki jest umieszczona pod koniec rozdzia³u teoretycznego:

I zasada dynamiki Newtona - dygresja, uzupe³nienie