Kas seadused on teaduses eiramiseks ehk kus ja miks Newton´i seadused ei kehti?


Erand kinnitab reeglit ja nii käib ka antud seaduste juurde väike lisaklausel. Esiteks ei rakendu need väga suurtel, valguskiiruse (299 792 458 m/s) lähedastel kiirustel. Teiseks ei saa neid rakendada väga tugevate gravitatsiooniväljade juuresolekul. Me ei saa seetõttu seletada nende abil näiteks pooljuhtide elektrijuhtivust, ülijuhtivust või kirjeldada ainete optilisi omadusi.

Karusselliga sõites tunneme kiiruse tõustes nagu tahaks me ringjoonelt välja lennata. Meile mõjub mingi jõud, mis meid väljapoole lükkab, aga püsime paigal ning oleme karussellil ikka kindlalt oma kohal. Sama fenomeni tunneme lennukiga õhku tõustes – miski surub meid tooli sisse, aga inertsi tõttu jääme liikumatusse seisuolekusse ning ei lahku toolilt. Nimelt vaadeldakse Newton’i seaduseid teatud “inertsest taustsüsteemist”, mis ei liigu kiirendusega, erinevalt õhku tõusvast lennukist või pöörlevast karussellirattast. Jõudusid, mis seda põhjustavad, nimetatakse inertsijõududeks (ingl. k. fictitious forces).

Kas inertsijõud on päriselt ka olemas?

Jah ja ei – sagedamini leiame end inertsiaalses taustsüsteemis olevat. Selleks, et tajuda mõnda inertsijõududest, peame olema mitteinertsiaalses süsteemis. Sellisel juhul tajume kiirenduse tagajärjel meile mõjuvat nö näivat jõudu.

4 inertsijõudu on seotud taustsüsteemidega, kus kiirendus esineb loomulikul (“igapäevasel”) kujul. Esimene neist on sirgjooneliselt kiirendusega liikuv taustsüsteem, mille näiteks on sõitev auto Maa suhtes.

Järgmised 2 jõudu on seotud pöördliikumisega. Esimene neist on tsentrifugaaljõud, mis on risti keha liikumisjoonega ning suunatud ringist väljapoole. See esineb igasugusel pöördliikumisel. Meid hoiab ringliikumises talle vastanduv tsentripetaaljõud, mis ei lase meid ringjoonelt “välja visata”. Kolmas jõud on tingitud Maa pöörlemisest ümber oma telje. Selle jõu avastas 1835. aastal prantsuse teadlane, kelle järgi kannab see nähtus nime Coriolis’e efekt. Kuna Maa pöörleb on Newton’i I seadus justkui kehtetu – kõik asjad, mis paigal on, ja üritavad oma seisuolekut inertsi tõttu säilitada, liiguvad tahes tahtmata Maa pideva liikumise tulemusena.

Viimane selline inertsjõud on Euler’i jõud, mis mõjub muutuva kiirusega ringjooneliselt liikuvatele kehadele nende kiirusvektori suunas.

Enesekontroll:

  1. Mille poolest erinevad teineteisest kesktõmbekiirendus ja Euler’i kiirendus?
  2. a) Tegemist on sama asjaga.
  3. b) Euler’i kiirendus on kiirusvektorisuunaline, aga kesktõmbekiirendus on suunatud risti kiirusvektoriga ringjoone keskpunkti.
  4. c) Kesktõmbekiirendus esineb mitteühtlasel ringliikumisel (ringliikumise kiirendus on muutuv) ja Euler’i kiirendus ühtlasel liikumisel (kiirendus on konstantne).
  1. Miks ülisuurtel kiirustel ei saa rakendada Newton’i liikumisseadusi?
  2. a) Sest sel ajal, kui Newton need seadused välja mõtles, ei osatud veel nii suurtel kiirustel neid seaduseid proovile panna ja hiljem esinesid ebakõlad.
  3. b) Sest selleks on vaja juba Einsteini.
  4. c) Sest valguse kiirusest kiiremini liikuda ei saa ning kui oleme sellele juba lähedal, ei ole kiirendamine enam võimalik ning kiirendus väheneb nullini. Kiirenduse tekitamiseks vajaminev jõud oleks lõputu.
  1. Millised alljärgnevatest nähtustest on tingitud Coriolis’e efektist või milliseid neist Coriolis’e efekt mõjutab?
  2. a) hoovused
  3. b) WC potist vee alla minemine erinevas suunas pööreldes lõuna- ja põhjapoolkeral
  4. c) tsüklonid
  5. d) maavärinad

Vastused: 1 – b, 2 – c, 3 – a,c

Veel uurimiseks:

Does the rotation of the Earth affect toilets and baseball games?

Inertsi jõud

Leave a Reply