Fizica elementara- intrebari de invatacel

[Viosophia]

1.De ce se reduce forta necesarii ridicarii unui corp atunci cand creste distanta pe care actioneaza acea forta? ( principiul scripetelui)

2.Cum variaza mai exact timpul in care se produce caderea libera a doua obiecte de mase diferite daca eu am incercat sa las sa cada in acelasi timp si de la aceeasi distanta un creion si o carte? Am inteles ca este o relatie intre masa corpurilor si atractia gravitationala dar nu inteleg cand cade mai usor sau mai greu in functie de masa si mai ales de ce? Obiectele grele cad mai greu? Sunt atrasae mai usor sau mai greu  de pamant?

[valangjed]

1.De ce se reduce forta necesarii ridicarii unui corp atunci cand creste distanta pe care actioneaza acea forta? ( principiul scripetelui)

Pentru ca vorbim de momentul fortei , vezi fizica de clasa a VII-a.

2.Cum variaza mai exact timpul in care se produce caderea libera a doua obiecte de mase diferite daca eu am incercat sa las sa cada in acelasi timp si de la aceeasi distanta un creion si o carte? Am inteles ca este o relatie intre masa corpurilor si atractia gravitationala dar nu inteleg cand cade mai usor sau mai greu in functie de masa si mai ales de ce? Obiectele grele cad mai greu? Sunt atrasae mai usor sau mai greu  de pamant?

Toate obiectele sunt atrase de pamant cu o forta, forta gravitationala, care este proportionala cu produsul celor doua mase, masa pamantului si masa obiectului.In apropierea pamantului, din cauza ca masa pamantului este muuuult mai mare avem o acceleratie constanta, notata ,inginereste, cu "g".Acest "g" depinde de distanta fata de centrul Pamantului(fiindca vorbim de planeta Pamant(Terra)), de aceea , la poli "g" este mai mare iar la ecuator mai mic.Tinand cont ca Pamantul are si atmosfera, mai apare forta arhimedica , adica cea care se opune caderii corpurilor, daca mai introducem si o foarte, foarte mica eroare, datorata teoriei reletivitatii, ajungem la ideea lui Galilei ca :"Doua corpuri, de mase diferite, lasate sa cada, spre pamant, de la aceasi inaltime, vor atinge pamantul simultan."
Daca nu ar exista aerul, un fulg si o greutate de 100kg, lasate sa cada spre pamant de la 100, 1000, 10000m sau cat vrei dumneata, vor atinge pamantul simultan.

[Viosophia]

Si care e explicatia cu momentul fortei? Nu asta am intrebat de fapt prin acel, de ce?
Poate o sa-mi explice altcineva fara sa ma trimita la un manual .

Si daca au mase diferite si ating pamantul simultan care mai este legatura intre masa si atractia gravitationala? Faptul ca atractia gravitationala este direct proportionala cu masa corpului atras? Pana la urma asta am intrebat de fapt.
Observ ca ai introdus notiuni noi in explicatia oferita: acceleratia gravitationala fara sa explici de unde provine aceasta de fapt sau de ce se intampla, ce o produce, de ce depinde de distanta fata de centrul P, etc.
Asta asa ca sa fie o explicatie ca pentru invatacei.
Daca nu ai rabdarea necesara nu este nicio problema. Poate imi va explica altcineva mai clar.
Mersi .

[valangjed]

In cazul expus de dumneavoastra, neavand de-a face cu viteze foarte mari, se poate aplica fizica newtoniana.Newton a "descoperit" ca doua corpuri de mase M1 si M2 se atrag intre ele cu o forta F=G(M1*M2)/ (r^2) unde: G-constanta gravitationala a lui Newton(constanta universala, pentru explicarea acesteia trebuie studiata fizica  si am inteles ca nu vrei sa te trimit la manuale  ), r-distanta dintre centrele de masa ale celor doua corpuri (din aceasta cauza acceleratia gravitationala difera de la pol la ecuator, pentru ca pamantul e "turtit" la poli si bombat la ecuator deci la altitudine x la ecuator un corp este mai departe de centrul de masa al pamantului decat la aceasi altitudine la poli), *-semnul inmultirii, ^-semnul ridicarii la putere.
Considerand legea a II-a a lui Newton , F=M*a (forta este egala cu masa (M) inmultit cu acceleratia (a) si avand masa pamantului M1, asupra corpului de masa M2, pamantul va exercita o forta de atractie F=M2*a=G(M1*M2)/(r^2).Impartind aceasta egalite, fiecare termen cu M2 obtinem a=G*M1/(r^2).G este constant, M1 este constant, in limite neglijabile, r variaza intre poli si ecuator.Aceasta acceleratie (a) este notata, in cazul pamantului cu "g" si se numeste acceleratie gravitationala.In cazul diferitelor corpuri ceresti (Luna, planetele sistemului nostru solar, satelitii planetelor, etc.) acceleratia gravitationala difera de cea a Pamantului datorita diferentei dintre masa Pamantului si masa diferitelor corpuri ceresti la care m-am referit cat si datorita distantei dintre suprafata acestor corpuri si centrul lor de masa.
Sunt lucruri pe care cei care sunt atenti la orele de fizica ar trebui sa le stie.Nu este spatiu pe acest forum si nici eu nu am timp sa explic lucruri, zic eu, elementare.Oricum, exista motoare de cautare, exista wikipedia, unde poti afla in detaliu astfel de lucruri , daca te intereseaza cu adevarat.

[cristi]

1.De ce se reduce forta necesarii ridicarii unui corp atunci cand creste distanta pe care actioneaza acea forta? ( principiul scripetelui)

Forta este una dintre marimile cele mai inselatoare din fizica. Cand eram elev ma intrebam asa: Forta cu care un om apasa pe pamant este aceeasi fie daca merge, cade de la 1 metru, sau de 100 de metri. De ce se turteste in ultimul caz, daca forta cu care apasa pe Pamant e aceeasi?

Sa facem un exercitiu in cazul scripetelui, eliminand notiunea de forta si inlocuind exemplul scripetelui cu cel al parghiei. Cand apesi pe o parghie lunga ca sa ridica ceva, vei muta capatul pe o distanta mare, iar energia necesara ca sa muti capatul, pe secunda, va fi mica. Pentru  ca nu consumi multe molecule de glucoza pe secunda, ti se va pare usor. Cand apesi insa pe o parghie scurta, trebuie sa folosesti mai multa energie pe secunda, pentru ca "drumul" e mai scurt, iar energia totala consumata va fi aceeasi. Atunci insa corpul tau foloseste mai multe molecule de glucoza pe secunda si tie ti se pare "greu". Vezi ca nu am folosit notiunea de forta, ci pe cea de numar de molecule de glucoza (energie) arse pe secunda. Cu alte cuvinte, cand creste distanta pe care actionezi, o sa consumi mai putina energie pe secunda (sau pe distanta), desi energia totala consumata va fi aceeasi si asta iti da tie senzatia ca "forta' este mai mica.

O astfel de analiza sugereaza ca forta nu este o marima "fundamentala", este un concept derivat din energie si timp. Intr-adevar, mecanica se poate rescrie folosind notiunea de "potential" (o derivata a energiei) din care se deduce apoi cea de forta. Pentru ca insa suntem atat de obisnuiti cu forta, facem mereu confuzii. Imi aduc aminte de o discutie cu o doctorita, pe o ascensiune in Semenic. Eu ii spuneam ca mi se pare ca muschiul nostru este ineficient, din moment ce consumam energie sa tinem un obiect in brate. La urma urmei, masa nu consuma nici o energie sa tina obiectele pe ea. Ea argumenta impotriva, ca, pentru ca sa tii un corp in brate, trebuie sa consumi energie, pentru ca ai nevoie de forta sa sustii corpul. Confuzia e ca, atata timp cat nu misc corpul, nu consum energie, si nu ma intereseaza forta. Pot construi un muschi cu un sistem de clicket si pot tine 100 Kg zece ore fara sa obosesc.... Natura a vrut insa sa fie altfel, bauiesc ca are motivele ei...

[cristi]

Obiectele grele cad mai greu? Sunt atrasae mai usor sau mai greu  de pamant?

Esti pe calea buna, pui intrebarile potrivite....

Te afli insa inca in sistemul newtonian, fie cu conceptele cotidiene fie cu cele din fizica din clasa a IX-a. Atata timp cat ramai in cadrul acestui sistem newtonian, intrebarea de mai sus tot o sa te urmareasca si nu o sa gasesti raspuns multumitor. Nici nu se poate gasi, cum a dedus insusi Newton, care a murit fara sa raspunda la intrebarile tale... Vezi tu, el a observat ca miscarea unui corp lasat liber deasupra pamantului, in vid, considerat punctual, este aceeasi, indiferent de masa lui! Fie ca pui un kilogram fie o tona intr-un punct, cand ii dai drumul de la etaj, vor cadea la fel de repede (ma rog, experimentul lui Galilei). Deci obiectele mai grele nu cad "mai greu", ele cad in acelasi fel ca si cele usoare (cauta pe net, e un video frumos BBC cu o pana si portocala intr-o camera de vid). Intrebarea lui Newton este: de ce cad la fel, de ce pe pamantul care le atrage nu nu il intereseaza cat de grele sunt corpurile pe care le atrage? La urma urmei, in electricitate, conteaza cata sarcina electrica se afla intr-o sarcina ca sa aflam miscarea ei.... la gravitatie nu conteaza cata "sarcina" (masa) se afla acolo ca sa aflam miscarea ei cand e lasat liber... In sistemul newtonian intrebarea asta nu are raspuns...

Raspunsul il da partial teoria relativitatii care spune, paradoxal, ca orice care cade este "in repaus", iar noi, care credeam ca stam in repaus pe Pamant, ne miscam fata de el! (tehnic, "in repaus"= pe o geodezica).  Atunci cand dai drumul la cele doua greutati diferite este sunt AMBELE in repaus, deci nu se misca relativ unul fata de celalalt! Noi insa, care credeam ca stam in repaus, ne miscam fata de ambele intr-un sistem de referinta complicat cu un spatiu-timp curb, "impinsi" de pamantul din spate... Pe scurt, cele doua "cad" la fel, pentru ca ele sunt in repaus iar noi cadem fata de ele!... Si uite asa te-am facut curios cu un nou sistem, asta pana la urmatorul, si tot asa, ai o viata inainte sa-l tot inveti pe acel "Cenustie" din tine... Succes!

[puriu]

1. Un principiu de baza este cel al conservarii energiei mecanice, in cazul nostru al lucrului mecanic, adica produsul dintre forta si deplasare. Pot obtine forta mare si deplasare mica actionand cu o forta mica si o deplasare mare. In acest scop se pot folosi parghia, scripetele, surubul, presa hidraulica, etc.
2. Un corp liber de masa m in apropierea Pamantului este atras cu o forta constanta numita greutate (G) proportionala cu masa lui. Coeficientul de proportionalitate notat cu litera g defineste campul gravitational si se numeste acceleratie gravitationala. Se poate scrie G = m*g. Totodata corpul are o miscare accelerata. Asupra corpului liber actioneaza doua forte egale si de sens contrar: greutatea m*g si forta de inertie m*a, ambele proportionale cu masa corpului. Se observa imediat ca pentru orice masa a corpului acceleratia sa va fi aceeasi a = g. Din acest motiv constanta g se numeste acceleratie gravitationala. Oricare doua corpuri ce cad liber de la aceeasi inaltime ajung la sol cu aceeasi viteza. Daca in echilibrul fortelor intervine si o forta suplimentara, cum ar fi frecarea cu aerul, forta arhimedica, portanta aerodinamica, etc., vitezele de cadere vor fi diferite.

[Electron]

Nota: in timp ce redactam raspunsul a postat si "puriu", astfel ca unele explicatii devin redundante.

1.De ce se reduce forta necesarii ridicarii unui corp atunci cand creste distanta pe care actioneaza acea forta? ( principiul scripetelui)

Cu un scripete simplu nu se reduce forta necesara pentru ca nu creste distanta pe care va actiona forta activa.

Cu anumite mecanisme, cum ar fi parghia, planul inclinat, scripetele multiplu si altele, se poate reduce forta necesara (sau activa) pentru ca se poate creste distanta pe care trebuie sa actioneze ea. Explicatia in Fizica foloseste notiunea de lucru mecanic, care se defineste ca fiind produsul dintre forta si deplasare (pe directia fortei). Aceasta marime este de fapt (o forma de) energie si se masoara in Joules.

In exemplul tau, pentru a ridica un corp e nevoie de o anumita energie (ii crestem energia potentiala). Aceasta energie o putem
furniza pe diverse cai, dar indiferent de mecanismul cu care ridicam corpul (si ignorand pierderile prin frecare), energia consumata (respectiv lucrul mecanic efectuat) va fi aceeasi. La un produs constant, daca un factor (distanta de aplicare a fortei) creste, celalat (forta) scade.

2.Cum variaza mai exact timpul in care se produce caderea libera a doua obiecte de mase diferite daca eu am incercat sa las sa cada in acelasi timp si de la aceeasi distanta un creion si o carte? Am inteles ca este o relatie intre masa corpurilor si atractia gravitationala dar nu inteleg cand cade mai usor sau mai greu in functie de masa si mai ales de ce? Obiectele grele cad mai greu? Sunt atrasae mai usor sau mai greu  de pamant?

La nivel de fizica newtoniana, explicatia faptului ca toate corpurile cad liber in vid in acelasi timp este ca masa inerta este strict egala cu masa gravifica.

Masa inerta este cea care intra in legea principiului II al dinamicii F = ma (forta si acceleratia fiind vectori), iar masa gravifica este cea din formula atractiei universale gravitationale (cea proportionala cu produsul maselor si invers proportionala cu distanta la patrat).

Desi pare ciudat poate, la nivelul fizicii newtoniene nu era necesar (nu exista nici un motiv teoretic pentru care) sa fie cele doua mase egale pentru acelasi corp, dar acest lucru a fost confirmat experimental.

e-

[Electron]

Imi aduc aminte de o discutie cu o doctorita, pe o ascensiune in Semenic. Eu ii spuneam ca mi se pare ca muschiul nostru este ineficient, din moment ce consumam energie sa tinem un obiect in brate. La urma urmei, masa nu consuma nici o energie sa tina obiectele pe ea. Ea argumenta impotriva, ca, pentru ca sa tii un corp in brate, trebuie sa consumi energie, pentru ca ai nevoie de forta sa sustii corpul. Confuzia e ca, atata timp cat nu misc corpul, nu consum energie, si nu ma intereseaza forta. Pot construi un muschi cu un sistem de clicket si pot tine 100 Kg zece ore fara sa obosesc.... Natura a vrut insa sa fie altfel, bauiesc ca are motivele ei...

Feynman a explicat diferenta dintre lucrul mecanic din Fizica si "efortul fiziologic" in prelegerile sale, mai precis in capitoul 14 din cursul sau. (Link-ul este in engleza, daca cineva stie o traducere in romaneste online, e binevenita.)

e-

[Viosophia]

 Multumesc pentru raspunsuri, in special lui cristi. El a explicat aproape de clar si detaliat .
Avand in vedere ca sunt la inceputul intlegerii notiunilor si fenomenelor fizice nu e o idee buna sa se introduca in explicatii si mai multe notiuni pe care le voi voi invata cel mai probabil pe parcurs.
Explicatiile cat mai concise dar clare sunt de dorit . De ce dintr-una deriva cealalta sau care sunt implicatiile fortelor, notiunilor, etc .
 
Am inteles in mare  ca forta aplicata ridicarii unui  corp pare mai mica atunci cand corpul consuma mai putina glucoza pe secunda si ca are legatura cu  energia investita de noi in acest proces. O explicatie foarte frumoasa de altfel.

Aceea cu vidul o intelesesem si mi se parea logic sa cada la fel din moment ce nu exista forta de frecae cu aerul in timpul caderii. dar asa te-ar duce cu gandul la intrebarea cum ar interactiona greutatea unui corp mai greu  sau mai usor cu aerul si care ar fi explicatia pentru care un corp greu ar ajunge mai intarziat( de fapt nu mai intarziat ci mai repede data fiind greutatea dp cu forta gravit) decat un corp mai usor pe pamant . Daca greutate corpului este direct proportionala cu forta gravitationala s-a facut vreun experiment in care sa zicem s-a aruncat de la un bloc de 4 etaje doua obiecte de greutati diferite si ele sa cada conform acestei teorii?
Sau cum se poate demonstra?
Eu atunci cand am lasat sa cada atat  cartea cat si creionul simultan si am observat ca ele au ajuns pe pamanet  in acelasi timp m-am gandit ca poate distanta nu a fost relevanta in acest caz .

Nu stiu  ce sa zic, as vrea sa inteleg.
Sunt o curioasa nu un curios si astfel de lucruri imi trezesc pur si simplu intrebari.

[Viosophia]

Si totusi in cazul scripetelui , compus da, si nu numai e vorba si de distanta pe care actioneza forta , nu? De ce o forta care actioneaza pe o distanta mica pare mai anevoios de produs? Adica ....care e rolul distantei de fapt? Ca ea distribuie forta( energia produsa de corp de fapt) , am inteles dar nu inteleg cum actioneaza asupra fortei o distanta mai mare.  De fapt, de ce. Stie cineva? Nu trebuie sa acceptam lucrurile ca atare( in cazul x e asa , in cazul y e asa ) daca ele se intampla totusi in atat de multe feluri diferite.

[cristi]

am gasit video-ul

https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs

[Electron]

Am inteles in mare  ca forta aplicata ridicarii unui  corp pare mai mica atunci cand corpul consuma mai putina glucoza pe secunda si ca are legatura cu  energia investita de noi in acest proces. O explicatie foarte frumoasa de altfel.

As remarca faptul ca asta tine de "forta fiziologica" care este subiectiva si ca fortele in fizica se pot masura cu un aparat de masura care nu este subiectiv, numit dinamometru.

Aceea cu vidul o intelesesem si mi se parea logic sa cada la fel din moment ce nu exista forta de frecae cu aerul in timpul caderii.

Ca si curiozitate istorica, lui Aristotel i s-a parut logic faptul ca cele cu greutate mai mare cad mai repede si nimeni nu a indraznit sa conteste asta pana la Galilei, dupa mai bine de 1000 de ani. Diferenta este ca Galilei a facut experimente pe bune si demonstrand practic acest lucru, toata faima si autoritatea istorica a lui Aristotel nu a mai valorat nimic in acest sens.

dar asa te-ar duce cu gandul la intrebarea cum ar interactiona greutatea unui corp mai greu  sau mai usor cu aerul si care ar fi explicatia pentru care un corp greu ar ajunge mai intarziat( de fapt nu mai intarziat ci mai repede data fiind greutatea dp cu forta gravit) decat un corp mai usor pe pamant .

Nu greutatea corpului interactioneaza cu aerul, ci suprafata sa, generand fortele de frecare. Fortele de frecare cu aerul depind de marimea si forma suprafetelor de contact (si de viteza de deplasare), dar nu depind de greutatea corpului.

De exemplu, doua mingi de acelasi diametru dar cu mase diferite (densitati diferite) vor suporta aproape aceeasi forta de frecare cu aerul (cel putin la inceput cand au viteze de cadere comparabile), dar avand inertii diferite vor fi afectate diferit de acele forte practic egale. Corpul mai usor va fi afectat (intarziat) mai tare de forta de frecare cu aerul decat celalalt mai greu.

Si totusi in cazul scripetelui , compus da, si nu numai e vorba si de distanta pe care actioneza forta , nu?

Da, tocmai de distanta pe care actioneaza forta e vorba, daca distanta e egala si forta va fi egala, pentru acelasi lucru mecanic necesar.

De ce o forta care actioneaza pe o distanta mica pare mai anevoios de produs?

Forta necesara nu "pare" mai mare, ci este mai mare. Se poate verifica in mod obiectiv cu dinamometrul.

Adica ....care e rolul distantei de fapt?

Distanta de deplasare pe directia fortei a punctului ei de aplicare este un factor in definitia lucrului mecanic efectuat de acea forta.

Ca ea distribuie forta( energia produsa de corp de fapt) , am inteles dar nu inteleg cum actioneaza asupra fortei o distanta mai mare.

Distanta nu actioneaza in nici un fel asupra fortei.

De fapt, de ce. Stie cineva?

Vrei sa stii de ce nu actioneaza distantele asupra fortelor? Pentru ca nu au cum.

Nu trebuie sa acceptam lucrurile ca atare( in cazul x e asa , in cazul y e asa ) daca ele se intampla totusi in atat de multe feluri diferite.

Legile din fizica precum conservarea energiei (care e cauza dependentei inverse dintre marimea fortei si distanta de deplasare de-a lungul ei) nu se iau "ca atare" ci sunt stabilite ca generalizari in urma experimentelor.


e-

[Viosophia]

am gasit video-ul

https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs

Multumesc. Foarte fain videoclipul.

[valangjed]

Ca o completare, mai "neacademica" ,la ceea ce a spus Electron, la sfarsitul postarii:In absolut toate experimentele efectuate, pana acum, in fizica, chimie si alte stiinte exacte, legea conservarii energiei s-a dovedit a fi valabila, nu exista experiment in care sa nu se conserve energia.Daca maine s-ar efectua un experiment repetabil in care energia sa nu se conserve atunci legea si-ar pierde valabilitatea si ar trebui sa rescriem fizica, legea conservarii energiei ramanand un caz particular, aplicabil doar in anumite conditii.