ΣΩΛΗΝΑΣ ΤΟΥ NEWTON (Μηχανική)

ΣΩΛΗΝΑΣ ΤΟΥ NEWTON (Μηχανική)

newton_1newton_2

Διαδικασία:

Στο σωλήνα υπάρχει κενό (σχετική απουσία μορίων αέρα). Καθώς τοποθετούμε το σωλήνα σε κατακόρυφη θέση τα σώματα εντός αυτού πέφτουν ισοταχώς και τερματίζουν σχεδόν την ίδια χρονική στιγμή στο κάτω άκρο του σωλήνα. Ανοίγουμε την στρόφιγγα και το εσωτερικό του σωλήνα τώρα πια καταλαμβάνεται από αέρα. Τοποθετούμε το σωλήνα ξανά σε κατακόρυφη θέση και παρατηρούμε ότι το κομμάτι σιδήρου πέφτει γρηγορότερα από το πούπουλο. Γιατί συμβαίνει αυτό;
Εξήγηση:
Όταν αρχικά υπάρχει κενό αέρος δηλαδή απουσία μορίων αέρα, η αντίσταση του αέρα είναι μηδενική για τα δυο αντικείμενα μας. Συνεπώς τα αντικείμενα κινούνται σχεδόν ευθύγραμμα ομαλά επιταχυνόμενα, εκτελώντας ελεύθερη πτώση, δηλαδή κατακόρυφη κίνηση μόνο με την επίδραση του βάρους τους. Κινούνται δε και ισοταχώς αφού η επιτάχυνση τους είναι κοινή και ίση με g (g ≈ 9,8 m/s2). Όταν ανοίγουμε την στρόφιγγα, ο αέρας γεμίζει τον σωλήνα μας. Με την απότομη επαναφορά του σωλήνα σε κατακόρυφη θέση, τα σώματα αρχίζουν να κινούνται προς τα κάτω ξανά, λόγω της βαρύτητας. Τώρα όμως υπάρχουν και τα μόρια του αέρα που αλληλεπιδρούν με τα κινούνται προς τα κάτω ξανά, λόγω της βαρύτητας. Τώρα όμως υπάρχουν και τα μόρια του αέρα που αλληλεπιδρούν με τα αντικείμενα μας, και σαν συνέπεια εμφανίζεται μια δύναμη γνωστή ως αντίσταση του αέρα, που εμποδίζει την κίνηση ενός σώματος αφού έχει φορά πάντα αντίθετη με την φορά της κίνησης. Η δύναμη αυτή εξαρτάται από την ταχύτητα και την μορφή (σχήμα) του σώματος. Όσο μεγαλύτερη επιφάνεια έχει το σώμα τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του αέρα που εξασκείται σ’ αυτό. Επειδή το πούπουλο έχει πολύ διαφορετικό σχήμα και μεγαλύτερη επιφάνεια από το κομμάτι του σίδηρου, ασκείται σ’ αυτό μεγαλύτερη αντίσταση από τον αέρα, κινούμενο προς τα κάτω. Επομένως τα δυο αντικείμενα δεν βρίσκονται τώρα σε ελεύθερη πτώση. Στην περίπτωση του σιδήρου η συνολική δύναμη που το επιταχύνει είναι μεγαλύτερη από αυτή που εξασκείται στο πούπουλο. Έτσι το κομμάτι του σιδήρου διανύει την απόσταση του σωλήνα σε μικρότερο χρονικό διάστημα ενώ παρατηρείται καθυστέρηση στην πτώση του πούπουλου.