Fizicienii afirmă că ar exista o forță misterioasă, numită gravitație, care ar apărea din neant și care ar apropia corpurile unul de celălalt. Această forță nu există. Nu există câmp gravitațional, nu există gravitație și nici accelerație gravitațională. Așa numita forță de gravitație este în fapt greutatea, iar așa-numita accelerație gravitațională este o constantă universală care se poate intitula accelerație ideală. Accelerația ideală este de 9,8 m/ s^2 și exprimă rata de variație a vitezei pe care un corp aflat într-un vid perfect ar avea-o în mișcare liberă, vidul perfect reprezentând mediul ideal față de care se compară mișcarea în mediul real. În univers nu există vid perfect, însă există spații cu densități extrem de mici. Greutatea și forța arhimedică nu sunt forțe misterioase care apar din senin, ci derivă din proprietăți fundamentale ale materiei și mediului: densitatea corpului și a mediului, volumul corpului, accelerația ideală. Diferența dintre densități este factorul determinant primar care decide existența unei mișcări, direcția și sensul mișcării. Diferența dintre densitatea corpului și cea a mediului în care se află, spre exemplu cea a aerului, este cauza primordială a mișcării libere a corpurilor aflate în atmosfera terestră. Un corp aflat într-un fluid precum aerul se poate mișca ori în jos, ori în sus.
Asupra unui corp aflat în atmosfera terestră în mișcare liberă acționează trei forțe: greutatea corpului, forța arhimedică, forța de frecare. Forța de frecare nu determină mișcarea liberă, ci doar o încetinește. Pentru a afla primordialitatea factorului care determină mișcarea liberă, putem deci neglija forța de frecare. Deci, la prima vedere, mișcarea liberă a corpurilor aflate în atmosfera terestră este determinată de greutate și forța arhimedică. Dacă greutatea corpului este mai mare decât forța arhimedică, corpul se va deplasa în jos. Dacă greutatea corpului este mai mică decât forța arhimedică, corpul se va deplasa în sus. În mod generalizat, putem face următoarea afirmație: „Cauza fundamentală a mișcării este diferența dintre mărimile adecvate, compatibile și relaționate la mișcare.” Această aserțiune generală necesită concretizare prin exemplificare pentru a fi înțeleasă în profunzime. Exemplificările trebuie să fie ancorate în realitate, nu doar ipotetice și mentale. În următoarele rânduri vor fi prezentate trei exemplificări acompaniate de concluziile provenite din rezultatele exemplificărilor.
Mențiune: Editorul de text nu permite indicii suprascript și subscript. De aceea, acești indici au fost înlocuiți cu alte tipuri de notații: Exemple: Suprascript: s la puterea doua se scrie cu s urmat de cifra doi ca indice suprascript, însă în acest articol se va scrie s^2. Subscript: forța arhimedică cu subscript se scrie F urmat de A ca indice subscript, însă în acest articol se va scrie Fa.
Principiul diferenței de presiune:
Să presupunem că avem un recipient cu două camere, despărțite de un panou echipat cu o supapă, supapa fiind un dispozitiv montat pe panou, în dreptul unui orificiu, folosit pentru a restabili sau întrerupe fluxul unui fluid prin acest orificiu. În camera A se află aer la o presiune ridicată, iar în camera B se află aer la o presiune mai scăzută. Asupra pereților interiori din camera A, deci inclusiv asupra panoului cu supapă, acționează presiunea a, iar asupra pereților interiori din camera B acționează presiunea b. Presiunea a este mai mare decât presiunea b. Presiunea este definită ca fiind raportul dintre forța aplicată perpendicular pe aria unei suprafețe și este exprimată prin formula p = F/A, unde p este presiunea, F este forța aplicată, iar A este aria suprafeței.
Presiunea aerului exercitată asupra pereților interiori din camera A va fi mai mare decât cea exercitată asupra pereților interiori din camera B. Aceasta determină ca și presiunea aerului exercitată asupra suprafeței de panou din camera A să fie mai mare decât cea exercitată asupra suprafeței de panou din camera B. La deschiderea supapei, va apărea un flux de aer îndreptat din camera A spre camera B. Pe măsură ce aerul circulă, presiunea din camera A scade treptat, iar cea din camera B crește, până când valorile presiunilor se egalizează. Când presiunile din cele două camere devin egale, fluxul de aer se oprește, atingându-se astfel starea de echilibru.
Principiul diferenței de presiune este următorul: Diferența de presiune generează forța necesară pentru mișcarea aerului, iar egalizarea presiunilor conduce la oprirea mișcării. Aceasta este o regulă generală valabilă pentru fluide: aer, apă și orice alt fluid.
Principiul diferenței de tensiune:
Să presupunem existența a două corpuri încărcate cu energie electrică, aflate la tensiuni diferite: unul la o tensiune ridicată, iar celălalt la o tensiune scăzută. Dacă cele două corpuri sunt conectate printr-un conductor electric, apare o mișcare a sarcinilor electrice, numită curent electric. Această mișcare are aceeași cauză fundamentală ca în exemplul anterior al aerului din cele două camere: existența unei diferențe între mărimi adecvate, compatibile și relaționate la funcție. Diferența de tensiune, numită și diferență de potențial electric, generează mișcarea sarcinilor electrice, iar egalizarea tensiunilor conduce la încetarea acestei mișcări, adică la atingerea stării de echilibru electric.
Corpul aflat la tensiune mai mare are un potențial electric mai ridicat, în timp ce corpul aflat la tensiune mai mică are un potențial electric mai scăzut. Firul conductor permite deplasarea sarcinilor. Sarcinile se deplasează prin fir din zona cu potențial mai mare spre zona cu potențial mai mic. Mișcarea continuă până când tensiunile se egalizează. În momentul egalizării, curentul se oprește.
Corpul aflat la o tensiune mai mare are un potențial electric mai ridicat, în timp ce corpul aflat la o tensiune mai mică are un potențial electric mai scăzut, la fel cum presiunea din prima cameră este mai mare decât cea din a doua. Firul conductor permite deplasarea sarcinilor electrice, așa cum transferul de aer din camera cu presiune mare către camera cu presiune mică se realizează prin intermediul supapei aflate în panoul dintre cele două camere. Sarcinile se deplasează prin firul conductor din zona cu potențial mai ridicat către zona cu potențial mai scăzut, în mod similar cu deplasarea aerului aflat la presiune mare din camera A către camera B, unde aerul se află la o presiune mai mică. Așa cum apare fluxul de aer ca urmare a diferenței de presiune, apare curentul electric ca urmare a diferenței de tensiune. Mișcarea continuă până când tensiunile se egalizează, exact așa cum presiunile din cele două camere se egalizează la deschiderea supapei. În momentul egalizării, curentul electric se oprește, la fel cum încetează fluxul de aer dintre cele două camere atunci când presiunile devin egale. Curentul nu este cauza mișcării, ci efectul acesteia. Cauza este diferența de potențial electric.
Principiul diferenței de tensiune este următorul: Diferența de tensiune electrică generează curentul electric necesar mișcării sarcinilor electrice, iar egalizarea tensiunilor electrice conduce la încetarea acestei mișcări. Aceasta reprezintă o regulă generală valabilă pentru curentul electric.
Principiul diferenței de greutate:
Să plecăm de la presupunerea că avem o balanță cu două talere. Pe primul taler al balanței punem o greutate de 2 kg formate din două bucăți de câte 1 kg, în timp ce pe al doilea taler al balanței așezăm o greutate de 1 kg formată dintr-o bucată. Pentru a înțelege principiul diferenței de greutate este nevoie să răspundem la următoarele două întrebări: Ce se întâmplă cu cele două talere ale balanței? Ce se întâmplă cu cele două talere ale balanței dacă îndepărtăm o bucată de 1 kg de pe primul taler?
Să analizăm foarte atent prima situație pentru a putea răspunde la prima întrebare. Pe primul taler se află 2 kg formate din două bucăți de câte 1 kg. Pe al doilea taler se află 1 kg format dintr-o singură bucată. În acest caz, întrebarea care se pune este următoarea: Ce se întâmplă cu cele două talere ale balanței? Răspunsul este simplu pentru oricine deoarece acest caz provine din realitatea observabilă. Răspunsul este acesta: Primul taler coboară, iar al doilea urcă. Motivul este la fel de simplu ca și răspunsul la întrebare: Mișcarea talerelor este determinată de existența diferenței de greutate dintre cele două talere. Primul taler coboară deoarece pe el se află o greutate mare, iar al doilea taler urcă datorită faptului că pe el se află o greutate mică. În consecință, mișcarea balanței este determinată de diferența de greutate.
Acum să analizăm a doua situație pentru a putea răspunde la a doua întrebare. Situația arată în felul următor: îndepărtăm o bucată de 1kg de pe primul taler. Întrebarea în acest caz este următoarea: Ce se întâmplă cu cele două talere ale balanței dacă îndepărtăm o bucată de 1 kg de pe primul taler? Răspunsul este foarte simplu pentru oricine: primul taler rămâne cu 1 kg și pe al doilea taler se află tot 1 kg ceea ce produce o stare de echilibru ale celor două talere. În această stare de echilibru, niciun taler nu mai urcă sau coboară. Putem deci afirma că mișcarea talerelor încetează.
Principiul diferenței de greutate este următorul: Diferența de greutate generează forța necesară pentru mișcarea talerelor, iar egalizarea greutăților de pe talere conduce la oprirea mișcării.
Mișcarea liberă a unui corp aflat în atmosfera terestră:
Să trecem la examinarea fenomenelor de cădere și ascensiune liberă a corpurilor aflate în atmosfera terestră. Asupra unui corp aflat în mișcare liberă în atmosfera terestră acționează trei forțe: greutatea, forța arhimedică și forța de frecare. Forța de frecare poate fi neglijată în acest caz deoarece aceasta contribuie doar la încetinirea mișcării, nu la apariția ei. Deci, forțele relevante ce mai rămân de examinat sunt următoarele: greutatea și forța arhimedică.
Formula de calcul a greutății este următoarea:
G = Dc × Vc × a, unde G este greutatea, Dc este densitatea corpului, Vc este volumul corpului, iar a este accelerația ideală.
Formula de calcul a forței arhimedice este următoarea:
Fa = Da × Vd × a, unde Fa este forța arhimedică, Da este densitatea aerului, Vd este volumul de aer dezlocuit de corp, iar a este accelerația ideală.
Forța rezultantă este diferența dintre greutate și forța arhimedică:
Fr = G – Fa = Dc × Vc × a – Da × Vd × a, unde Fr este forța rezultantă, Dc este densitatea corpului, Vc este volumul corpului, Da este densitatea aerului, Vd este volumul de aer dezlocuit de corp, iar a este accelerația ideală.
Dacă ținem cont de faptul că volumul și accelerația au aceeași valoare atât în formula greutății cât și în formula forței arhimedice, atunci forța rezultantă va avea următoarea formulă:
Fr = (Dc – Da) × V × a, unde Fr este forța rezultantă, Dc este densitatea corpului, Da este densitatea aerului și a este accelerația ideală
Știm faptul că diferența dintre mărimile adecvate, compatibile și relaționate la funcție este întotdeauna cauza mișcării. În cazul forței rezultante, avem o singură diferență: diferența dintre densitatea corpului și densitatea fluidului. Deci, diferența dintre cele două densități produce mișcarea pe verticală a corpului. Dacă densitatea corpului este mai mare decât cea a fluidului, corpul se va afla în cădere liberă, iar dacă densitatea fluidului este mai mare decât cea a corpului, corpul se va afla în ascensiune liberă. Deci diferența dintre cel două densități oferă și sensul mișcării căci dacă diferența dintre densitatea corpului și densitatea fluidului este pozitivă, sensul mișcării este în jos, iar dacă diferența dintre cele două densități este negativă, sensul mișcării este în sus. O direcție are două sensuri. Deoarece toate direcțiile pe care se pot mișca corpurile aflate în atmosfera terestră sunt verticale, ceea ce indică sensul indică inclusiv direcția specifică mișcării. Diferența de densitate este cauza primordială a mișcării și cea care oferă direcția și sensul mișcării.
Autor: Mihail Ispan
