Δυνάμεις (Forces)

Στην καθημερινή μας ζωή όλοι έχουμε την εμπειρία της δύναμης σαν μια μυϊκή προσπάθεια. Έχουμε σπρώξει ή τραβήξει αντικείμενα. Όταν σπρώχνουμε ή τραβάμε ένα σώμα καταλαβαίνουμε ότι στο σώμα αυτό ασκούμε δύναμη. Όταν χτυπήσουμε με τη ρακέτα το μπαλάκι του τένις μπορούμε  να αλλάξουμε την πορεία του. Τότε λέμε ότι η ρακέτα ασκεί δύναμη στο μπαλάκι του τένις. Είναι εύκολο να καταλάβουμε ότι η δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα προέρχεται από κάποιο άλλο σώμα.  'Ομως οι φυσικοί που μελέτησαν τις δυνάμεις κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι δεν υπάρχουν κάποια σώματα που μόνο ασκούν δυνάμεις και κάποια άλλα που μόνο δέχονται την επίδραση δυνάμεων. Οι δυνάμεις εμφανίζονται πάντοτε ανά δύο μεταξύ των σωμάτων. Δηλαδή κατά την άσκηση μιας δύναμης έχουμε αλληλεπίδραση (interaction) μεταξύ των δύο σωμάτων και όση δύναμη ασκεί το Α στο Β τόση αλλά με αντίθετη φορά ασκεί το Β στο Α (Δράση-Αντίδραση). Για παράδειγμα, το οδόστρωμα ασκεί δύναμη στα ελαστικά των αυτοκινήτων και τα ελαστικά στο οδόστρωμα. 'Αρα η δύναμη είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ενός σώματος με τα σώματα που βρίσκονται γύρω του.

Ομως, εμφάνιση δύναμης δεν έχουμε μόνο όταν τα σώματα έρχονται σε μακροσκοπική επαφή. Αν αφήσουμε ελεύθερο ένα σώμα σε κάποιο ύψος πάνω από το δάπεδο, το σώμα θα κινηθεί προς τα κάτω και θα πέσει στη δάπεδο. Η αιτία της πτώσης του σώματος είναι η δύναμη που του ασκεί η Γη (βάρος). Βέβαια και το σώμα ασκεί δύναμη στη Γη αλλά προφανώς δεν μπορεί να κινήσει τη Γη λόγω της μεγάλης της μάζας.

Επίσης, αν τρίψουμε μια πλαστική ράβδο με μάλλινο ύφασμα και μια γυάλινη ράβδο με μεταξωτό ύφασμα και μετά τις πλησιάσουμε μεταξύ τους θα παρατηρήσουμε ότι έλκονται. Λέμε ότι οι ράβδοι απέκτησαν φορτίο και τη δύναμη (από απόσταση) που ασκείται μεταξύ των φορτίων τη λέμε ηλεκτρική. Η πλαστική ράβδος απέκτησε αρνητικό φορτίο και η γυάλινη θετικό φορτίο. Τα φορτία όταν είναι ομόσημα απωθούνται και όταν είναι ετερόσημα έλκονται. Πείραμα.

Στο μακρόκοσμο κατατάσσουμε τις δυνάμεις σε δυο κατηγορίες ανάλογα με το πώς ασκούνται:

α) Δυνάμεις που ασκούνται κατά την επαφή δύο σωμάτων (δυνάμεις επαφής).

β) Δυνάμεις που ασκούνται από απόσταση (μεταξύ φορτίων, μεταξύ μαγνητών, μεταξύ μαζών).

Δυνάμεις μεταξύ φορτισμένων σωμάτων (ηλεκτρικές) ή μαγνητών (μαγνητικές) είναι εύκολο να παρατηρήσουμε (λέγονται από κοινού ηλεκτρομαγνητικές διότι έχουν κοινή πηγή προέλευσης το ηλεκτρικό φορτίο). 'Ομως, δυνάμεις μεταξύ μαζών (βαρυτικές), παρατηρούμε μόνο όταν τουλάχιστον ένα από τα δύο σώματα έχει πολύ μεγάλη μάζα (τάξη μεγέθους Σελήνης και πάνω). Οι βαρυτικές δυνάμεις κυριαρχούν στο Σύμπαν και καθορίζουν τις κινήσεις των ουρανίων σωμάτων (Βίντεο). Βαρυτική είναι και η δύναμη που κρατά τους δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τη Γη. 'Ομως, η βαρυτική δύναμη που ασκεί ένα αυτοκίνητο σε ένα άλλο, είναι πάρα πολύ μικρή για να τα κινήσει.

Οι βαρυτικές δυνάμεις είναι πάντα ελκτικές, ενώ οι ηλεκτρικές δυνάμεις μπορεί να είναι τόσο ελκτικές όσο και απωστικές. Πάντως, όσο πιο μεγάλες είναι οι μάζες - τα φορτία τόσο πιο μεγάλες είναι οι δυνάμεις, ενώ όσο μεγαλώνει η απόσταση μεταξύ τους μικραίνουν οι δυνάμεις (Νόμος Παγκόσμιας Ελξης).

Τη δύναμη τη μετράμε στο SI σε Nιούτον π.χ. 100Ν. 'Ενα νιούτον είναι η δύναμη που ασκεί στο χέρι μας ένα αχλάδι όταν το κρατάμε ακίνητο.