ΟΔΗΓΟΣ ΜΕΛΕΤΗΣ & ΑΣΚΗΣΕΩΝ

Φυσική Α΄ Λυκείου — Μάθημα 10

1ος Νόμος του Νεύτωνα • Έννοια της Αδράνειας & Συνθήκη Ισορροπίας
💡 Γιατί πεταγόμαστε μπροστά όταν φρενάρει απότομα το λεωφορείο;

Όταν το λεωφορείο φρενάρει, το σώμα μας τείνει να διατηρήσει την ταχύτητα που είχε μέχρι εκείνη τη στιγμή. Αυτή η φυσική τάση των σωμάτων να **αντιστέκονται σε κάθε μεταβολή της κινητικής τους κατάστασης** ονομάζεται Αδράνεια.

1. Διατύπωση του 1ου Νόμου του Νεύτωνα

Ο Πρώτος Νόμος της Κίνησης (ή Νόμος της Αδράνειας) αναφέρει:

«Αν η συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σε ένα σώμα είναι μηδέν (ΣF = 0), τότε το σώμα ή παραμένει ακίνητο ή συνεχίζει να κινείται ευθύγραμμα και ομαλά (με σταθερή ταχύτητα).»
2. Οι Δύο Καταστάσεις Ισορροπίας (ΣF = 0)

Η μαθηματική έκφραση ΣF = 0 σημαίνει ότι το σώμα βρίσκεται σε ισορροπία, η οποία διακρίνεται σε δύο περιπτώσεις:

Στατική Ισορροπία

Το σώμα ήταν αρχικά ακίνητο:

v = 0 (Παραμένει Ακίνητο)

Παράδειγμα: Ένα βιβλίο πάνω στο γραφείο.

Δυναμική Ισορροπία

Το σώμα κινούνταν ήδη:

v = σταθερή (Ε.Ο.Κ.)

Παράδειγμα: Αυτοκίνητο με σταθερή ταχύτητα.

v = σταθερή F = 20 N T = 20 N ΣF = F - T = 20 N - 20 N = 0 ➔ Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση
3. Μάζα: Το Μέτρο της Αδράνειας

Όσο μεγαλύτερη **μάζα (m)** έχει ένα σώμα, τόσο δυσκολότερα αλλάζει την ταχύτητά του. Επομένως, η μάζα είναι το ποσοτικό μέτρο της αδράνειας ενός σώματος.

Κατάσταση Σώματος Συνισταμένη Δύναμη (ΣF) Είδος Κίνησης / Αποτέλεσμα
Αρχικά Ακίνητο (v = 0) ΣF = 0 Παραμένει Ακίνητο
Αρχικά Κινούμενο (v ≠ 0) ΣF = 0 Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση (v = σταθερή)
Οποιαδήποτε Κατάσταση ΣF ≠ 0 Μεταβολή Ταχύτητας (Επιτάχυνση / Επιβράδυνση)
💡 Βασική Παρανόηση στη Φυσική

Για να κινείται ένα σώμα **ΔΕΝ χρειάζεται απαραίτητα να ασκείται δύναμη πάνω του**! Αν δεν υπάρχει τριβή ή άλλη δύναμη (ΣF = 0), το σώμα θα κινείται για πάντα με σταθερή ταχύτητα.

📝 Ασκήσεις Κατανοήσεως (Θέμα Α)
  1. Συμπληρώστε τα κενά:
    α) Η τάση των σωμάτων να διατηρούν την κινητική τους κατάσταση ονομάζεται ........................ .
    β) Το μέτρο της αδράνειας ενός σώματος είναι η ........................ του.
    γ) Αν σε ένα κινούμενο σώμα η συνισταμένη δύναμη είναι μηδέν, το σώμα θα εκτελέσει ........................ .
  2. Χαρακτηρίστε τις προτάσεις ως Σωστές (Σ) ή Λανθασμένες (Λ):
    α) Για να παραμένει ένα σώμα σε κίνηση, είναι απαραίτητο να δέχεται συνεχώς μια μη μηδενική συνισταμένη δύναμη.
    β) Ένα σώμα που ισορροπεί μπορεί να κινείται με σταθερή ταχύτητα.
    γ) Όσο μεγαλύτερη μάζα έχει ένα σώμα, τόσο πιο εύκολα αλλάζει την ταχύτητά του.

ΘΕΜΑ Β: Υπολογιστικές Ασκήσεις (Συνθήκη Ισορροπίας ΣF = 0)

  1. Υπολογισμός Άγνωστης Δύναμης σε Ισορροπία:
    Ένα κιβώτιο σύρεται σε οριζόντιο δάπεδο και κινείται με σταθερή ταχύτητα v = 5 m/s. Στο κιβώτιο ασκείται οριζόντια δύναμη F = 30 N προς τα δεξιά.
    α) Ποια είναι η τιμή της συνισταμένης δύναμης ΣF στο κιβώτιο;
    β) Πόση είναι η δύναμη της τριβής T που ασκείται από το δάπεδο στο κιβώτιο;
    γ) Αν ξαφνικά καταργηθεί η δύναμη F, τι θα συμβεί στην ταχύτητα του κιβωτίου και γιατί;
  2. Ισορροπία σε Δύο Άξονες:
    Σώμα μάζας m = 4 kg ηρεμεί σε οριζόντιο επίπεδο. Στο σώμα ασκούνται οι οριζόντιες δυνάμεις F₁ = 18 N (δεξιά) και F₂ = 10 N (αριστερά). Για να παραμείνει το σώμα ακίνητο, ασκείται και μια τρίτη οριζόντια δύναμη F₃ (τριβή).
    α) Ποιο πρέπει να είναι το μέτρο και η κατεύθυνση της δύναμης F₃ ώστε το σώμα να ισορροπεί;
    β) Πόση είναι η Κάθετη Αντίδραση Ν του δαπέδου, αν το βάρος του σώματος είναι w = 40 N;
🔑 Αναλυτικές Λύσεις (Για Αυτοέλεγχο)
Λύση Θέματος Α

1. Συμπλήρωση Κενών:
• α) Ονομάζεται αδράνεια.
• β) Είναι η μάζα του.
• γ) Θα εκτελέσει Ευθύγραμμη Ομαλή Κίνηση (Ε.Ο.Κ.).

2. Σωστό / Λάθος:
• α) Λάθος. Αν ΣF = 0, το σώμα συνεχίζει να κινείται με σταθερή ταχύτητα χωρίς να απαιτείται δύναμη.
• β) Σωστό. Πρόκειται για τη δυναμική ισορροπία.
• γ) Λάθος. Όσο μεγαλύτερη μάζα έχει, τόσο πιο δύσκολα αλλάζει ταχύτητα (μεγαλύτερη αδράνεια).

Λύση Θέματος Β

3. Κιβώτιο με Σταθερή Ταχύτητα:
• α) Εφόσον η ταχύτητα είναι σταθερή (Ε.Ο.Κ.), σύμφωνα με τον 1ο Νόμο Νεύτωνα η συνισταμένη δύναμη είναι ΣF = 0 N.
• β) Στον οριζόντιο άξονα: ΣF_x = 0 ➔ F - T = 0 ➔ T = F = 30 N (προς τα αριστερά).
• γ) Αν καταργηθεί η F, η μόνη οριζόντια δύναμη θα είναι η τριβή T (ΣF = -30 N). Το σώμα θα επιβραδυνθεί μέχρι να σταματήσει.

4. Ισορροπία σε Δύο Άξονες:
• α) Για να είναι ακίνητο, πρέπει ΣF_x = 0. Θεωρώντας θετική τη φορά δεξιά:
F₁ - F₂ - F₃ = 0 ➔ 18 N - 10 N - F₃ = 0 ➔ F₃ = 8 N (με φορά προς τα αριστερά).
• β) Στον κατακόρυφο άξονα δεν υπάρχει κίνηση, άρα ΣF_y = 0 ➔ N - w = 0 ➔ N = w = 40 N (προς τα πάνω).