Inerti og tiltrækningskraft

Hej Spørg om Fysik
På Jorden har vi tiltrækningskraften. Det vil sige, at hvis jeg bevæger mig i en bil med 100 km. i timen, og bilen stopper brat til 0 km. - vil jeg stadig bevæge mig med 100 km. i timen.

Men hvis jeg nu er ude i rummet, hvor der ikke er nogle tiltrækningskraft, og jeg bevæger mig i et rumskib med 100 km. i timen, vil det samme så ske i rummet, eller vil jeg stoppe sammen med rumskibet?

Med venlig hilsen
G O

Hvis du i en bil bliver stoppet pludseligt fra 100 km/h til 0 km/h, f.eks. ved at støde ind i en solid mur, er det korrekt, at du som fører i bilen fortsætter men 100 km/h indtil du rammer et eller andet.

Det der sker, skulle gerne være, at sikkerhedsselen, og dernæst airbaggen, stopper dig. Med 100 km/h er det iøvrigt langtfra sikkert, at de kan redde dig, men måske. Det har ikke noget med tyngdekraften at gøre, den virker nedad, altså vinkelret på sammenstødet, og hvad der sker ved det.

Isaac Newton

Sir Isaac Newton (GB, 1643 – 1727) opstillede tre sætninger som beskriver mekaniske bevægelser.
I) Inertiens lov: Så længe et legeme ikke samlet påvirkes af kræfter udefra, vil det forblive i den tilstand, i hvilket det er, hvile eller jævn retlinet bevægelse.
II) F = m a, hvor F er kraften med retning, m massen af det der påvirkes af kraften og a accelerationen med retning så kraft og acceleration går i samme retning.
III) Loven om aktion og reaktion: Når et legeme påvirker et andet legeme med en kraft, vil det andet påvirke det første med en lige så stor, men modsat rettet kraft. De to kræfter kaldes aktion og reaktion.

Sammenstød på Jorden

Når man sidder i bilen med konstant fart lige før sammenstødet, er man ikke samlet påvirket af kræfter, hvis man ikke skifter retning. Det er rigtigt, at man påvirkes af tyngdekraften, men der kommer en lige så stor modsat rettet kraft fra sædet, som holder en oppe, så samlet giver tyngden samt sæde ikke nogen kraft påvirkning.

Forkortet bil

Idet man støder ind i muren, kommer der en kraftpåvirkning som stopper bilen. Føreren derimod, bliver først lidt efter påvirket af sikkerhedssele og airbag. Indtil da fortsætter han med 100 km/h (allerede ved 30 km/h uden sele mm. går forsædepassagerens hoved igennem forvinduet). Hvis vi går ud fra, at sammenstødet gør bilen 1 m kortere, kan man udregne middel accelerationen. Den bliver a = 386 m/s², så føreren på 75 kg skal kun kunne klare at holde ca. 2,9 tons (Newton II) i sine strakte arme imod rattet (rattet, som ikke holder til det), for at undgå at blive slynget frem. Alle der kan løfte 3 – 4 tons kan håbe på at klare det uden sikkerhedssele og airbag, hvis rat og instrumentbræt kan holde. Ved 30 km/h (og bilen ¼ m kortere) er de tilsvarende tal a = 138 m/s2 og det man skal klare med armene er kun 1,05 tons, der er gode argumenter for sikkerhedsseler og airbags, selv om man får nogle mindre skader ved sammenstød fra dem.

Sammenstød i rummet

Vores uheldige rumskipper har præcis samme problem. Han er ikke udenfor tyngdekraften, principielt strækker den sig uendeligt ud i rummet. Hvis du har stået på en børnekarrusel, så ved du, at når den drejer rundt, føler man, at man bliver slynget ud, og man må trække sig indad med hænderne for at blive på karusellen. For at bevæge sig i en cirkel, skal der altid være en kraft indad, som man kalder centripetalkraften. Det føles helt tydeligt der, og det føles også, hvis man slynger en sten rundt i en snor. Vægtløs tilstand i et rumskib kommer fordi rumskibet bevæger sig i en cirkel rundt om jorden, og den kraft (snor) der holder rumskibet i cirkelen er tyngdekraften. Der er altså også her to kræfter der ophæver hinanden, man er stadig påvirket af tyngdekraften.

Det helt samme gælder rumskipperen, derfor er han vægtløs, han er i cirkelbevægelse, det kræver en kraft, og tyngden giver denne kraft, så alle rumskibe er altså påvirket af tyngden. Støder han ind i noget med 100 km/h (alle rumskibe har meget større fart omkring jorden, i lavere højder 7,4 til 7,8 km/s eller ca. 27 000 km/h, men for ideen gør det ikke noget), stoppes rumskibet, og rumskipperen får brug for sin sikkerhedssele og airbag, eller hvad han nu har, og han bliver påvirket af samme kræfter som manden i bilen, og vil ende ved forenden af sit rumskib med 100 km/h, hvor han så forhåbentligt stoppes af en metalplade i forenden.

Med venlig hilsen
Malte Olsen