Tässä osassa perehdytään siihen, mitä voimat ovat, ja mitä niistä seuraa. Newtonin liikelait määrittävät kappaleiden liikkeet yksikäsitteisesti, kun niihin kohdistuvat voimat tiedetään, periaatteessa! Tietenkään Newtonin laeista seuraavien liikeyhtälöiden ratkaiseminen ei ole aina niin helppoa, mutta siihen päästään vasta seuraavassa osassa... 

Tässä ensimmäisessä videossa määritellään voiman käsite, ja tarkastellaan erilaisten voimien ominaisuuksia. Voiman käsitteestä ja erilaisista luonnossa esiintyvistä voimista voit lukea lisää kurssikirjan kappaleesta 4.1.


Toisessa videossa perehdytään Newtonin 1. liikelakiin, ja määritellään mekaaninen tasapainotila. Huomataan, että kappaleet jatkavat tasaista liikettään, jos niihin ei vaikuta ulkoisia voimia. Kappaleiden taipumusta jatkaa liikettään kutsutaan inertiaksi. Näistä voit lukea lisää kurssikirjan kappaleesta 4.2.


Newtonin 2. liikelaki kertookin sitten, mitä tapahtuu, jos kappale ei ole tasapainotilassa, eli jos siihen kohdistuvat voimat eivät kumoa toisiaan. Tällöin kappale on välttämättä kiihtyvässä liikkeessä, ja Newton osaa kertoa meille, että kappaleen inertiaalimassa määrittää sen, miten rivakasti kappale reagoi ulkoisiin voimiin. Näitä asioita on käsitelty myös kurssikirjan kappaleessa 4.3.


Tässä videossa paneudutaan Newtonin 3. liikelakiin, jonka mukaan jokaisella voimalla on vastavoimansa. Sen lisäksi, että tämä olisi hieno filosofinen periaate, niin se myös liittää eri kappaleisiin kohdistuvat voimat läheisesti toisiinsa, ja on olennainen osa mekaanisen systeemin käyttäytymisen tarkastelua aina, kun systeemissä on useampi kuin yksi keskenään vuorovaikuttava kappale. Tästä aiheesta voit lukea lisää kurssikirjan kappaleesta 4.5.


Tässä videossa puhutaan vielä tarkemmin voimadiagrammien piirtämisestä. Voimadiagrammit ovat erittäin hyödyllinen työkalu mekaanisten ongelmien ratkaisemisessa. Näistä on kerrottu myös kurssikirjan kappaleessa 4.6.



Lisämateriaalia


Liikedemonstraatio. Demossa näytetään seitsemällä eri tavalla, kuinka Newtonin ensimmäinen laki, eli jatkuvuuden laki vaikuttaa kappaleisiin käytännössä.

Voima-vastavoimademonstraatio. Demossa molempiin kappaleisiin vaikuttaa yhtä suuret, mutta vastakkaissuuntaiset voimat. Demoon mahtuu myös mukaan Newtonin 2. laki, \( F = m a \). Tämä huomataan siitä, että massaltaan pienempi kappale saa suuremman kiihtyvyyden, vaikka voimat ovat yhtä suuret. Suuremman nopeuden saavuttanut kappale luonnollisesti osuu laatikon reunaan ensimmäisenä.




Last modified: Friday, 9 October 2020, 2:51 PM