Ruch

W poprzednich wpisach mówiliśmy o znaczeniu tarcia dla ruchu ciał, nie zajmowaliśmy się jednak bliżej samym zjawiskiem ruchu. Ruchy widzimy ciągle naokoło siebie. Wszak życie samo – to ruch w coraz to innej postaci.

Chcąc uporządkować i podzielić na grupy te różne ruchy, które widzimy na około siebie, zwróćmy uwagę na ich cechy znamienne.

Kształt toru

Oto np. kropla deszczu przy zupełnej ciszy w powietrzu pionowo spada ku dołowi; tam znów, jabłko z drzewa opada na ziemię, piłka pionowo rzucona wznosi się ku górze, lub kula drewniana, puszczona po desce poziomej, toczy się w kręgielni – co jest wspólne wszystkim tym ruchom? Jedne z nich odbywają się prędzej, drugie wolniej, jedne zmierzają ku górze, drugie ku dołowi lub jeszcze inaczej, ale dla wszystkich linia, którą one zakreślają podczas ruchu, czyli tzw. tor ma kształt linii prostej. Z tego względu podobne ruchy obejmujemy wspólną nazwą ruchów prostoliniowych.

Z łatwością jednak odszukamy inną grupę ruchów, jak ruch kamienia rzuconego poziomo lub ukośnie, czy ruch huśtawki, czy wahadła w zegarze albo ruch korby, gdzie tory są krzywoliniowe. Mamy więc tu do czynienia z grupą ruchów krzywoliniowych.

Ruch jednostajny i zmienny w życiu codziennym. Prędkość.

Czyliż tylko kształt toru może odróżniać ruch jeden od drugiego?

Porównajmy ruch ślimaka i lot jaskółki. Od razu uderza w tych przykładach niezwykła powolność w pierwszym i wyjątkowa chyżość w drugim. A więc prędkość jest również cechą znamienną ruchów; nad nią też musimy się teraz zastanowić.

Oto na stacji wsiedliśmy do pociągu; gdy pociąg ruszył, ujrzeliśmy przez szybę przesuwające się pozornie słupy telegraficzne. Na początku mijają one wolno nasze okno, ale gdy pociąg stopniowo nabywa rozpędu, widzimy je przed sobą w coraz szybszym ruchu pozornym.

Gdyby nas Ktoś zapytał, czy prędkość ruchu pociągu od chwili wyruszenia ze stacji ulegała zmianom, to bez wahania odpowiedzielibyśmy, że istotnie szybkość ta ciągle się zmieniała, ponieważ, jak to zauważyliśmy po mijających nas słupach, stale wzrastała.

Przypuśćmy, że po jakimś czasie podróży okno nasze mija co minuta stale jednakową ilość słupów telegraficznych. Co w takim razie powiedzielibyśmy o szybkości pociągu? Uznalibyśmy ją obecnie za niezmienną, stałą. Tego rodzaju ruch w fizyce nazywamy jednostajnym. Zanim on nastąpił, pociąg, jak już o tern mówiliśmy, nieustannie zmieniał, zwiększał swoją prędkość i dlatego poprzedni ruch nosi nazwę zmiennego.

W ostatnich przykładach mówiliśmy o prędkości stałej i zmiennej. Ale cóż to jest sama prędkość z punktu widzenia fizyki. Jak ją bliżej określić, w jaki sposób wyrazić jej wielkość w tym czy innym wypadku?

Przypuśćmy, powiadają nam, że pociąg przeszedł ruchem jednostajnym 50 km., nie mówiąc jednocześnie nic o czasie, w którym odbył tę drogę; lub przeciwnie dowiadujemy się, iż był on w drodze 10 godzin, ale nie wiemy, jak długą drogę wypadło mu przejść w tym drugim wypadku. Gzy na podstawie tych danych będziemy mogli coś powiedzieć o jego prędkości?

Bezwzględnie nie, ponieważ ani droga przebyta bez podania czasu, który został na to zużyty, ani, odwrotnie, czas bez drogi żadnego pojęcia o szybkości ciała poruszającego się dać nie mogą. Ale jeżeli ktoś nam powie, że pewien pociąg, poruszając się ruchem jednostajnym (o prędkości stałej), przeszedł drogę 100 km. w ciągu 3 godzin, a drugi przebył też samą odległość również ruchem jednostajnym lecz przez 2,5 godz., to z łatwością odpowiemy, że prędkość pierwszego była większa od prędkości drugiego. Odpowiedź nasza oparta jest na zestawieniu tej samej drogi (100 km.) z dwoma różnymi czasami, dłuższym i krótszym (2 godz i 2,5  godz.), w ciągu których została ona przez dwa różne pociągi przebytą. Gdy w dwu różnych ruchach jednostajnych okaże się, iż na przebycie jednakowej drogi zużywa się raz mniej, drugi raz więcej czasu, to naturalnie prędkość tego ruchu będziemy uważać za większą, w którym czas okazał się krótszym.

A więc prędkość poznajemy przez zestawienie drogi i czasu, który dla jej przejścia okazał się niezbędnym. Właśnie dopiero stosunek drogi do czasu pozwala nam wyrobić sobie należyte pojęcie o szybkości. Ale stosunek dwu wielkości, np. dwóch liczb względem siebie, poznajemy, jak to wiadomo z arytmetyki bądź, je odejmując, bądź, dzieląc jedną przez drugą. Chcąc tu poznać stosunek drogi do czasu w ostatnich przykładach, dzielimy liczbę, wyrażającą drogę (100 km.), przez liczbę odpowiadającą czasowi, a iloraz, otrzymany w każdym z wypadków, wskaże nam prędkość odpowiedniego pociągu: 100 km. : 2 = 50 km. na godzinę; 100 km. : 2,5 = 40 km. na godzinę.

Prędkości tu otrzymane zapisujemy i wymawiamy w sposób wyżej podany dlatego właśnie, że, jak już mówiliśmy, prędkości nie można określić ani samą tylko długością drogi przebytej, ani też wyłącznie czasem do tego potrzebnym, lecz jedynie ilorazowym stosunkiem jednego do drugiego. Cóż nam mówi ten stosunek? Zaznacza on, że pierwszy pociąg poruszał się z taką szybkością, iż co godzina przechodził drogę o długości 50 km., drugi w tym samym czasie odbywał drogę krótszą, bo równą 40 km.

Z poprzedniego widać, że dla wyznaczenia prędkości jakiegokolwiek ciała w ruchu jednostajnym nie potrzeba koniecznie odmierzać drogi, jaką ono przebyło w pewnej jednostce czasu. Wystarczy bowiem wiedzieć tylko jakąkolwiek drogę i czas, potrzebny na jej przebycie, a stosunek ich określi nam właściwą w danym wypadku prędkość. Oto np. stwierdziliśmy, iż samochód w ciągu 1/3 minuty (12 sekund) przejeżdża drogę o długości 200 metrów; stosunek drogi do czasu daje nam: 200 m./ 1/3 minuty.