Η κίνηση και η επιτάχυνση των αντικειμένων στην επιφάνεια της Γης είναι μια θεμελιώδης αρχή στη φυσική, που επηρεάζει το πώς αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο γύρω μας. Ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα ορίζει ότι η επιτάχυνση ενός σώματος εξαρτάται από την καθαρή δύναμη που ασκείται πάνω του, καθώς και τη μάζα του. Αυτή η σχέση εκφράζεται συχνά με τον τύπο Fκαθαρά = m × a, ο οποίος μπορεί να αναδιατυπωθεί σε a = Fκαθαρά/m. Αν συνδυάσουμε τη βαρυτική δύναμη με αυτήν την επιτάχυνση, προκύπτουν συναρπαστικά συμπεράσματα για τη φυσική του κόσμου μας.
Ευγενική προσφορά του Rhett Allain
Αξιοσημείωτο είναι ότι η επιτάχυνση 9,8 μέτρων ανά δευτερόλεπτο ανά δευτερόλεπτο (m/s2) είναι ίση για όλα τα αντικείμενα στη Γη, ανεξάρτητα από τη μάζα τους. Έτσι, αν ρίξετε μια μπάλα μπόουλινγκ και ένα μάρμαρο ταυτόχρονα, και οι δύο θα προσγειωθούν ταυτόχρονα—παρ’ όλο που η βαρυτική δύναμη που ασκείται στην μπάλα του μπόουλινγκ είναι πολύ μεγαλύτερη. Αυτή η αντιφατική παρατήρηση προέρχεται από την αρχή ότι η βαρυτική πίεση είναι ανεξάρτητη από τη μάζα στο πλαίσιο της επιτάχυνσης.
Όταν εσείς κλωτσάτε μια μπάλα, παρατηρούμε μια πολύ ενδιαφέρουσα διαφορά στην κίνηση. Η αρχική της ταχύτητα επιβραδύνεται καθώς η μπάλα ανεβαίνει, σταματά και μετά επιταχύνει ξανά όταν αρχίζει να πέφτει. Αυτό σημαίνει ότι ξεκινάμε να βλέπουμε την επιτάχυνση προς τα κάτω, από τη στιγμή που η μπάλα απομακρύνεται από το σημείο κλωτσήματος, ακόμη και αν συνεχίζει προς τα πάνω.
Σημαντικό είναι ότι η οριζόντια κίνηση της μπάλας παραμένει διαρκώς σταθερή. Αρχικά, πολλοί νομίζουν ότι η μπάλα πέφτει επειδή η οριζόντια της κίνηση επιβραδύνεται, αλλά στην πραγματικότητα, η οριζόντια κίνηση συνεχίζεται αμετάβλητη, εφόσον δεν υπάρχει αντίσταση. Πρέπει να επισημάνουμε ότι η επιβράδυνση συμβαίνει μόνο όταν η μπάλα συναντήσει το έδαφος.
Έτσι, το μονοπάτι που δημιουργεί η μπάλα είναι γνωστό ως βαλλιστική τροχιά, καθώς πρόκειται για την κίνηση ενός αντικειμένου που δεν έχει άλλη ενέργεια πέρα από τη βαρύτητα, όπως συμβαίνει με τα βλήματα. Οποιοδήποτε αντικείμενο που πετάει υπό την επιρροή μόνο της βαρύτητας θα έχει αυτήν την τροχιά.
Ποδόσφαιρο και Αντίσταση Αέρα
Ευτυχώς, η Γη διαθέτει αέρα, ο οποίος προσθέτει μια επιπλέον διάσταση στη φυσική του παιχνιδιού. Η εμπλοκή του αέρα οδηγεί στην ύπαρξη της αντίστασης, ή αλλιώς έλξη, που ενεργεί αντίθετα από την κατεύθυνση που κινείται η μπάλα.
Φανταστείτε τα μόρια του αέρα ως μικροσκοπικές μπάλες του πινγκ-πονγκ. Όταν μια μπάλα ποδοσφαίρου προχωρά μέσα στον αέρα, συγκρούεται με ένα μεγάλο αριθμό αυτών των μορίων, και κάθε σύγκρουση ασκεί μια δύναμη προς τα πίσω. Αυτές οι συνεχείς συγκρούσεις δημιουργούν τη συνολική αντίσταση του αέρα που δρα στη μπάλα. Είναι αυτονόητο ότι όσο μεγαλύτερη είναι η μπάλα, τόσες περισσότερες συγκρούσεις συμβαίνουν.
