Newtonin ensimmäinen liikelaki

Kim on skeittaamassa suoraan katukiveykseen! Pysäytetäänpä filmi! Mitä Kimille tapahtuu kun laitamme filmin uudelleen pyörimään? Ja miksi? Vastataksemme tähän meidän täytyy tietää mitkä fysiikan lait määräävät asioiden liikettä.

Aloitetaan tästä, tasaiselta maalta. Mitä tapahtuu, jos Kim kiihdyttää näin skeittilaudan vauhtia? Lauta rullaa suoraan eteenpäin, mutta vauhti vähenee koko ajan ja lopulta pysähtyy. Mutta mikä saa skeittilaudan pysähtymään? Nopeus näyttää vain...

loppuvan? Skeittilauta itse asiassa jatkaa suoraan eteenpäin jatkuvalla nopeudella, kunnes jokin voima vaikuttaa siihen. Voima, joka vaikuttaa skeittilautaan, on kitka maata vasten. Kokeillaanpa tätä: laitetaan Kim avaruuteen! Täällä ei ole kitkaa eikä ilmanvastusta.

Kim laukaisee rakettimoottorin... Ja Kim alkaa liikkua! Suoraan. Tasaisella nopeudella. Niin kauan kuin kitkaa tai muuta rakettireppuun vaikuttavaa voimaa ei ole, reppu jatkaa samalla nopeudella samaan suuntaan - ikuisesti.

Tai kunnes se törmää johonkin. Tämä totuus ei koske vain rakettireppuja tai skeittilautoja, vaan kaikkia maailmankaikkeuden asioita. Jotta jokin muuttaisi nopeutta tai suuntaa, jonkun voiman täytyy vaikuttaa siihen. Ja se voima voi olla kitka. Tai potku.

Tai rakettimoottori. Tai painovoima. Mikään ei muuta nopeutta tai suuntaa, ellei se altistu voimalle. Tässä Kim ajaa suoraan eteenpäin tasaisella nopeudella. Kitka hidastaa skeittilaudan nopeutta.

Kitkanuoli osoittaa taaksepäin. Mutta Kim potkii jatkuvasti saadakseen lisää vauhtia - lisäten voimaa - joka ohjautuu eteenpäin. Kimin eteenpäin suuntautuva voima on yhtä suuri kuin taaksepäin suuntautuva kitka. Jos lisäämme nämä kaksi voimaa yhteen, ne kumoavat toisensa. Lopputuloksena..

ei ole voimaa ollenkaan! Kun lisäämme voimia yhteen näin, kutsumme tulosta resultanttivoimaksi. Kun resultanttivoima on nolla, sanomme, että voimat ovat tasapainossa. Ja juuri tässä voimat ovat tasapainossa, resultanttivoima on nolla, joten tässä skeittilauta pitää sekä nopeutensa että suuntansa. Tarvitaan voimaa - siis epätasapainossa olevaa voimaa, resultanttivoimaa, joka ei ole nolla - muuttamaan esineen suuntaa tai nopeutta.

Tämä on Newtonin ensimmäinen liikkeen laki. Voimme ilmoittaa sen näin: Esine, joka on levossa, pysyy levossa ja esine, joka on liikkeessä, pysyy liikkeessä, samalla nopeudella ja samassa suunnassa kunnes siihen vaikuttaa epätasapainossa oleva voima. Joten, nyt kun tiedämme mikä Newtonin ensimmäinen liikkeen laki on, voimme mennä takaisin Kimin luo, katukiveykselle. Ensin sekä Kim että skeittilauta liikkuivat. Sitten skeittilautaan äkillisesti vaikuttaa voima, ja se muuttaa suuntaa - se pysähtyy!

Mutta mikään voima ei vaikuta Kimiin. Joten Kim jatkaa menoaan samalla nopeudella kuin aiemmin. Nyt painovoima on se, joka enimmäkseen vaikuttaa Kimiin. Häneen vaikuttaa epätasapainossa oleva voima, joka on maan suuntainen. Ja siksi se muuttaa suuntaa.

Auts! Ja tässä kitkavoima hidastaa liikettä täydelliseen seisahdukseen. Tai oikeastaan laskeutumiseen. Nyt ei ole epätasapainossa olevia voimia. Resultanttivoima on nolla.

Kimin keho on levossa ja pysyy levossa. Joten... Jotta jokin voi muuttaa vauhtia tai suuntaa, sen täytyy altistua voimalle. On kuin materia ei tahtoisi muuttaa suuntaa tai vauhtiaan. Tällä haluttomuudella on nimi: hitaus, eli inertia.

Hitaus on aineen ominaisuus. Siksi Newtonin ensimmäinen liikkeen laki tunnetaan myös nimellä hitauden tai inertian laki.