Liike

Newtonin lait pätevät avaruudessakin

Kun Nasa laukaisee raketin avaruuteen, raketti noudattaa lakia, jonka Newton muotoili yli 300 vuotta sitten. Lue Salamakurssin oppitunti ja opi lisää käsitteestä 'liike'.

keskiviikko 7. lokakuuta 2015

Kaikki liikkuvat kappaleet noudattavat kolmea yksinkertaista lakia, jotka nerokas tiedemies Isaac Newton kirjoitti yli 300 vuotta sitten.

Newtonin lakien pohjalta voidaan laskea aivan tarkasti, miten kappale liikkuu, jos vain tunnetaan voimat, jotka siihen vaikuttavat.

Liikelait pätevät aina: olipa kyseessä pyörän liikuttaminen polkimia painamalla tai avaruusraketin lähettäminen Kuuhun.

Mitä liike on?

Raketti liikkuu kaikissa avaruuslennon vaiheissa Newtonin kolmen liikelain mukaisesti.

Ensimmäinen laki: Jos kappaleeseen ei vaikuta ulkoinen voima, se pysyy levossa tai jatkaa tasaista suoraviivaista liikettä

Kun raketti on paikallaan Maassa ennen laukaisua, siinä on käynnissä sisäinen köydenveto. Painovoima yrittää vetää rakettia alaspäin, kun taas sen alusta työntää vastaan yhtä suurella, päinvastaisella voimalla. Tätä voimaa kutsutaan normaalivoimaksi. Voimat kumoavat toisensa – niiden summa on nolla – ja siksi raketti pysyy paikallaan.

Toinen laki: Voima on yhtä kuin massa kertaa kiihtyvyys

Rakettimoottorit sytytetään, ja raketti alkaa kohota kohti taivasta. Se kiihtyy, koska sen moottorien tuottama voima on suurempi kuin painovoima.

Kiihtyvyys eli se, miten nopeasti vauhti kasvaa, voidaan laskea tarkasti Newtonin toisen lain perusteella:

Kiihtyvyys = voima / massa

Kolmas laki: Voima on yhtä suuri kuin vastavoima

Kaukana avaruudessa, missä Maan painovoima vaikuttaa enää minimaalisen vähän, rakettimoottori voidaan sammuttaa ja raketti jatkaa eteenpäin tasaisella nopeudella, kuten ensimmäinen liikelaki kuvaa. Tarvittaessa moottori voidaan sytyttää uudelleen.

Kolmas laki kertoo, että moottorin työntäessä pakokaasuja taaksepäin tietyllä voimalla raketti liikkuu vastapäiseen suuntaan – siis eteenpäin – yhtä suurella voimalla.

Liike taistelee muita voimia vastaan

Newtonin ensimmäisen lain mukaan kappale jatkaa liikettään, jos sitä ei estä mikään ulkoinen voima. Kaikesta liikkeestä tekee kuitenkin ennemmin tai myöhemmin lopun voima, jota kutsutaan kitkaksi.

Liikkeen pysäyttävä voima tunnetaan myös hankausvastuksena ja ilmanvastuksena. Se jarruttaa niin autoja ja ammuksia kuin Newtonin kehdoksi kutsutun laitteenkin toimintaa.

Newtonin kehto. Kuva: Shutterstock

Neljä asiaa lopettaa liikkeen Newtonin kehdossa.

1. Ilmanvastus

Kun pallo pannaan heilumaan, ilmanvastus jarruttaa sen liikettä. Se saa pallon heilahtamaan takaisin.

2. Sisäinen kitka

Kun kaksi palloa törmää toisiinsa, sisäinen kitka muuntaa osan liike-energiasta lämmöksi.

3. Hankausvastus

Kun pallot keinuvat, niiden langat hankaavat hieman telinettä vasten. Se osaltaan jarruttaa palloja ja lopettaa vähitellen niiden toistuvat heilahtelut.

4. Voima siirtyy

Keskimmäiset pallot eivät liiku, koska ne siirtävät liikkeen seuraavaan palloon. Vain reunimmaisella pallolla on tilaa kiihdyttää vauhtiaan.

Oletko oppinut lisää liikkeestä?

Testaa tietosi alla olevassa visassa – tai katso hienosta videopätkästä, miten liike lähes maagisella tavalla voi siirtyä kappaleesta toiseen.

Teema

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

TILAA TIETEEN KUVALEHDEN UUTISKIRJE

Voit ladata ilmaisen erikoisnumeron, Uskomattomat aivot, heti, kun olet tilannut uutiskirjeen.

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: