“Ενεργητικές” και “παθητικές” δυνάμεις…

 Καλημέρα και Χρόνια Πολλά σε όλους.

Θα ήθελα να δούμε τι ακριβώς συμβαίνει με τις ασκούμενες δυνάμεις σε ένα σώμα. Τι ακριβώς δυνάμεις είναι; Από τι καθορίζεται το μέτρο τους; Πώς μπορεί αυτό να μεταβάλλεται; Μήπως μπορούμε να τους προσδώσουμε κάποιο χαρακτηρισμό ανάλογα με τον τρόπο εμφάνισής τους και τον τρόπο μεταβολής του μέτρου τους;

Ας δούμε 3 παραδείγματα.

1) Ένα σώμα ισορροπεί σε οριζόντιο επίπεδο. Ασκούνται πάνω του το βάρος και η δύναμη στήριξης Ν (η κάθετη αντίδραση του επιπέδου). Το μέτρο τους από τι καθορίζεται; Μπορούμε με κάποια επίδραση στο σώμα, να μεταβάλλουμε το βάρος; Αν στο σώμα ασκήσουμε μια ακόμη δύναμη F, μπορούμε να μεταβάλλουμε τα μέτρα των παραπάνω δυνάμεων; Η δύναμη Ν είναι αυτόνομη δύναμη ή είναι μια δύναμη που το μέτρο της εξαρτάται από τις άλλες «αυθύπαρκτες» δυνάμεις; Μήπως είναι δηλαδή μια δύναμη η οποία καθορίζεται από άλλες “πιο ενεργητικές” δυνάμεις, όπως είναι το βάρος του σώματος;

2) α) Ένα φορτισμένο σωματίδιο εκτοξεύεται με ταχύτητα υ, κάθετα στις δυναμικές γραμμές ενός ομογενούς μαγνητικού πεδίου και εκτελεί κυκλική κίνηση ακτίνας R.

β) Μια σφαίρα κινείται με ταχύτητα υ σε λείο οριζόντιο επίπεδο και φτάνει σε έναν κατακόρυφο κυκλικό οδηγό οπότε αρχίζει να ανέρχεται εκτελώντας κυκλική κίνηση ακτίνας R.

Στο α) το ρόλο της κεντρομόλου έχει η δύναμη του μαγνητικού πεδίου F_L. Εξαρτάται από την ακτίνα της κυκλικής τροχιάς ή έχει κάποιο «ενεργητικό  ρόλο» όπου η δύναμη αυτή θα καθορίσει την ακτίνα της τροχιάς;

Στο β), στη θέση του σχήματος, η Ν, στη διεύθυνση της ακτίνας, «παίζει το ρόλο» της κεντρομόλου. Η δύναμη Ν θα καθορίσει την ακτίνα της τροχιάς ή το αντίστροφο; Ποιος ακριβώς είναι ο ρόλος της Ν και από τι εξαρτάται το μέτρο της; Αν η ίδια σφαίρα φτάνει στο σημείο του σχήματος με διαφορετικές ταχύτητες, η Ν θα παραμείνει η ίδια ή υποχρεούται να αλλάζει μέτρο;

3) Σε ένα ανοικτό δοχείο ηρεμεί μια ποσότητα νερού. Δέχεται δύναμη από τη βάση του δοχείου; Αυτή η δύναμη είναι «εσωτερική» ή «εξωτερική» για το νερό; Αυτή η δύναμη παίζει κάποιο ρόλο στην πίεση που επικρατεί στα διάφορα σημεία του υγρού; Μήπως η δύναμη από το πλευρικό τοίχωμα Ν₁ παίζει κάποιο ρόλο στην πίεση που επικρατεί στο υγρό;

Αν στο διπλανό σχήμα, το δοχείο το έχουμε κλείσει με έμβολο στο οποίο ασκούμε μια δύναμη F, τότε η δύναμη από τη βάση του δοχείου στο υγρό, θα παραμείνει ίδια; Θα αλλάξει; Μήπως μένει ίδια η δύναμη από το πλευρικό τοίχωμα Ν₁; Η πίεση σε κάθε σημείο του υγρού θα είναι όπως και πριν ή θα αλλάξει;

Όταν μιλάμε για «εξωτερική πίεση» στο υγρό, τελικά στην άσκηση ποιας εξωτερικής δύναμης αναφερόμαστε; Στο βάρος, αφού και αυτό εξωτερική δύναμη είναι; Στην Ν; Στην Ν₁ μήπως; Δεν είναι «εξωτερικές δυνάμεις» αυτές;

Μήπως, με βάση το σχολικό βιβλίο, το όνομα «εξωτερική δύναμη» το δικαιούται μόνο η δύναμη που μεταφέρεται στο υγρό μέσω του εμβόλου, αφού αυτή πρόκειται να μεταβάλλει την πίεση, ενώ ο ρόλος των άλλων είναι «παθητικός»;

Είναι σωστό να θεωρούμαι την πίεση στον πυθμένα ως “εξωτερική πίεση” επιβαλλόμενη από την δύναμη στήριξης του υγρού, την δύναμη Ν;