Vuorovaikutuksesta voimaan

1. Vuorovaikutuksesta voimaan Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka, luento 1 Kari Sormunen

2. Mitä yhteistä? • Kirja pöydällä • Opiskelijapari • Teräskuulan liike magneetin lähellä • Laatikon potkaisu • Hiukset pystyyn • Pallo putoaa • Naulanisku

3. Vuorovaikutus on yksi keskeisimmistä fysiikan peruskäsitteistä • Vuorovaikutuksessa kaksi kappaletta vaikuttaa toisiinsa ja vaikutukset havaitaan molemmissa kappaleissa samanaikaisesti • kappaleen liiketila (liikkuminen tai paikallaan olo) tai kappaleen muoto voi muuttua vain jos kappale on vuorovaikutuksessa toisen kappaleen kanssa • lajit: kosketus-tai etävuorovaikutus • kesto:jatkuva tai hetkellinen vuorovaikutus Ks. Viiri 2005, 58-59.

4. Voima syntyy vuorovaikutuksessa • voima on suure, joka kuvaa vuorovaikutuksen voimakkuutta • jos ei ole vuorovaikutusta, ei ole voimaa • tunnus on F (force) • voima ja vastavoima syntyvät samasta vuorovaikutuksesta, mutta ne vaikuttavat eri kappaleisiin • voimia havainnollistetaan voimanuolilla • mihin kappaleeseen se vaikuttaa (nuolen alkupää lähtee kappaleesta jos kyseessä on ”veto”, nuolen kärki kappaleeseen jos kyseessä on ”työntö”) • kuinka suuri voima on (pituus) • mihin suuntaan voima vaikuttaa (suunta) • voiman yksikkö on newton ja sen lyhenne on N • voiman vaikutukset • voima voi saada kappaleen liikkeelle tai pysähtymään • Voima voi saada kappaleen muuttamaan nopeuttaan • voima voi muuttaa kappaleen muotoa • Vrt. I harjoitukset työ 1

5. Esimerkkejä erilaisista voimista • Tukivoima • Esimerkiksi pöytä kohdistaa sen päällä olevaan kirjaan tukivoiman, tuoli istujaan jne. • Vastusvoimia • Kitka (vedettäessä tai työnnettäessä) • Lepokitka, lähtökitka, liukukitka (vrt. I harjoitukset työ 4) • Vierimisvastus (esim. auton rengas ja tien pinta) • Väliaineesta aiheutuvia vastusvoimia • Ilmanvastus • Nesteenvastus • Noste (vrt. I harjoitukset työ 3)

6. Kappaleeseen vaikuttava kokonaisvoima • Kaikki kappaleet ovat aina vuorovaikutuksessa monien muiden kappaleiden kanssa. • Kappaleeseen vaikuttaa tällöin samanaikaisesti useita voimia. • Näiden voimien yhteenlaskettu kokonaisvoima voimien suunnat huomioiden vaikuttaa kappaleen liiketilaan. • Kun ollaan kiinnostuneita jonkin kappaleen liikkeestä, merkitään vain siihen kappaleeseen vaikuttavat voimat. Vaikka vuorovaikutuksen luonteesta seuraavat ns. vastavoimat ovat olemassa, niitä ei oteta huomioon, sillä ne eivät vaikuta siihen kappaleeseen, jota tutkitaan. • Vrt. I harjoitukset työ 2

7. Hidas ja painava massa • Esimerkki: pesäpallon ja keilapallon heittäminen yhtä voimakkaasti • Kappaleen liikkeen muutos ei riipu ainoastaan siihen vaikuttavasta voimasta vaan myös kappaleesta itsestään. (vrt. I harjoitukset työ 2) • Kappaleen hitaudeksi kutsutaan kappaleen liikkeen muutosta vastustavaa ominaisuutta, ja sitä kuvataan suureella massa (tunnus m ja yksikkö kilogramma). • Kappaleen paino kuvaa kappaleen ja taivaankappaleen välistä vuorovaikutusta ja paino on riippuvainen siitä missä kappale sijaitsee (tunnus yleensä G ja yksikkönä voiman yksikkö eli newton (N)). • Kappaleen paino (newtoneina) Maan pinnalla saadaan kertomalla 10:llä kappaleen kilogrammoina ilmoitetun massan lukuarvo.