آیا هرگز متوجه این شدید که شروع رکاب زدن روی دوچرخهتان خیلی سختتر از
دوچرخه سواری با سرعت ثابت است؟
یا هرگز کنجکاو شدید که چه چیزی باعث حرکت دوچرخه شما میشود؟
و یا در اینباره فکر کردید که چرا به جای عقب رفتن یا یه وَری رفنن به جلو میروید؟
شاید نه، و شما تنها نیستید.
تا قرن هفدهم کسی به این فکر نکرده بود،
تا اینکه اسحاق نیوتن قانونهای بنیادی حرکت را توضیح داد
و ما پاسخ این سه سوال را فهمیدیم.
چیزی که نیوتن تشخیص داد این بود که اجسام تمایل دارند که به چیزی ادامه بدهند
که در حال انجام آن هستند. بنابراین وقتی دوچرخه شما حرکت نمیکند،
همانطور بی حرکت میماند، و وقتی حرکت میکند،
این حرکت را ادامه میدهد.
اجسام در حال حرکت تمایل به ادامه حرکت دارند
و اجسام بی حرکت تمایل به بیحرکتی.
این قانون اول نیوتن است.
فیزیکدانان آن را قانون اینرسی مینامند، که شیوه ماهرانهایست برای گفتن
این که سرعت اجسام در حال حرکت به خودی خود بالا نمیرود، پائین نمیآید و تغییر جهت هم نمیدهد.
حالا شما میدانید که باید بر اینرسی غلبه کنید تا دوچرخهتان حرکت کند،
اما چه چیزی به شما اجازه میدهد که بر آن چیره شوید؟
خُب، پاسخ توسط قانون دوم نیوتن توضیح داده میشود.
از لحاظ ریاضی، قانون دوم نیوتن میگوید
که نیرو محصول جرم و شتاب است.
برای اینکه یک جسم شتاب بگیرد، و یا سرعتش زیاد شود،
باید نیرویی وارد شود.
هرچه نیروی بیشتری وارد کنید،
سریعتر شتاب میگیرید. و هرچه دوچرخهتان جرم بیشتری داشته باشد،
و نیز هرچه شما جرم بیشتری داشته باشید،
باید نیروی بیشتری به کار بیاندازید تا با نرخ یکسانی شتاب بگیرید.
و به همین دلیل است که خیلی مشکل میشود روی یک دوچرخهی ۴٫۵۰۰ کیلوگرمی رکاب زد.
و این نیروییست که توسط پاهایتان به پدالها وارد میشود،
که به شما اجازه میدهد که بر قانون اینرسی نیوتن غلبه کنید.
هر چه بیشتر به پدالها فشار وارد کنید، نیرو بیشتر میشود
و سریعتر شتاب میگیرید.
و حالا آخرین سوال:
وقتی موفق میشوید که دوچرخهتان را به حرکت دربیاورید،
چرا به جلو میرود؟
با توجه به قانون سوم نیوتن، برای هر کنشی،
واکنشی برابر و معکوس آن وجود دارد.
برای فهم این، به هنگامی که یک توپ جهنده را رها میکنید، فکر کنید.
توپ جهنده به زمین ضربه میزند،
و به زمین نیروی رو به پایین وارد میکند.
این یک کنش است.
زمین با فشار وارد کردن به توپ با نیرویی برابر واکنش نشان میدهد،
ولی در جهت معکوس - به طرف بالا -
باعث میشود که توپ به طرف شما برگردد.
هر دو با هم، کف زمین و توپ چیزی را تشکیل میدهند که بهش میگویند
زوج نیروی کنش/ واکنش. این در مورد دوچرخهی شما،
کمی پیچیدهتر میشود. وقتی چرخ دوچرخه شما درجهت عقربههای ساعت میچرخد،
هر بخش از لاستیک که زمین را لمس میکند
زمین را به عقب هل میدهد -
واکنشها. زمین با همان نیرو هریک از چرخها را به جلو هل میدهد - واکنشها.
به دلیل اینکه شما دو تا چرخ دارید هر کدام یک زوج نیروی کنش/ واکنش با زمین
تشکیل میدهند. و به دلیل اینکه زمین واقعا خیلی خیلی بزرگست،
در مقایسه با دوچرخه شما، زمین بر اثر نیروی ایجاد شده از چرخهای دوچرخهتان که آن را به عقب هل میدهند حرکتی نمیکند -
اما شما به جلو رانده میشوید .