Γιατί χάνουμε την ισορροπία μας όταν κατεβαίνουμε από ένα κινούμενο τρένο;

Χάνουμε την ισορροπία μας λόγω της πλασματικής δύναμης που βιώνουμε λόγω της αλλαγής στα πλαίσια αναφοράς μας.

Στον σύγχρονο κόσμο, η ζωή μας συχνά κινείται πολύ γρήγορα και προσπαθούμε να κάνουμε τα πράγματα όσο πιο γρήγορα μπορούμε. Για παράδειγμα, για να φτάσουμε στις απομακρυσμένες άκρες της πόλης, μερικές φορές χρησιμοποιούμε το μετρό ή το λεωφορείο.

Για να εξοικονομήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο χρόνο, τείνουμε να κατεβαίνουμε από το τρένο ή το λεωφορείο μόλις ανοίξουν οι πόρτες. Τις περισσότερες φορές, το τρένο ή το λεωφορείο εξακολουθεί να κινείται με πολύ αργή ταχύτητα όταν ανοίγουν οι πόρτες, αλλά δεν περιμένουμε να σταματήσουν τελείως. Απλώς κατεβαίνουμε το συντομότερο δυνατό, ακόμα κι αν εξακολουθεί να λειτουργεί.

Όλοι το έχουμε κάνει και χάσαμε την ισορροπία μας ενώ κατεβαίνουμε, αλλά είτε το πιστεύετε είτε όχι, υπάρχει κάποια πολύ ενδιαφέρουσα επιστήμη πίσω από αυτό!

Είναι τόσο ενδιαφέρον, στην πραγματικότητα, που μοιάζει σχεδόν… πλασματικό .

Τι είναι η αδράνεια;

Όλα ξεκινούν από τον πολύ παλιό μας φίλο—αδράνεια .

Η αδράνεια δεν είναι παρά η τεμπελιά κάθε αντικειμένου. Αυτό μπορεί να ακούγεται ανόητο ή ανόητο, αλλά δεν είναι. Τεχνικά, η αδράνεια είναι η ιδιότητα οποιουδήποτε αντικειμένου να αντιτίθεται στην αλλαγή στην κίνησή του .

Η αδράνεια μπορεί, κατά κάποιο τρόπο, να θεωρηθεί ως η «τεμπελιά» ενός αντικειμένου. (Φωτογραφία:Regina Erofeeva/Shutterstock)

Ένα αντικείμενο, μόλις ωθηθεί και τεθεί σε κίνηση, θα συνεχίσει να κινείται επ' αόριστον, εκτός αν κάτι πάει και το σταματήσει.

Ωστόσο, έχουμε δει στην καθημερινότητα ότι αν πιέσουμε κάτι, τελικά σταματά από μόνο του. Λοιπόν… τι πάει στραβά; Τίποτα! Τα αντικείμενα στην καθημερινή μας ζωή σταματούν επειδή βιώνουν τριβή και αντίσταση αέρα. Εάν σπρώξουμε ένα αντικείμενο στο κενό, θα συνεχίσει να κινείται προς αυτή την κατεύθυνση για πάντα.

Η αδράνεια είναι η ιδιότητα κάθε σώματος να αντιστέκεται στην αλλαγή της κίνησής του. (Φωτογραφία :Designua/Shutterstock)

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την αδράνεια, μπορείτε να παρακολουθήσετε αυτό το βίντεο «The Science Asylum» στο YouTube:

Τι είναι το Πλαίσιο Αναφοράς;

Το πλαίσιο αναφοράς είναι μια πολύ σημαντική έννοια στη φυσική. Χωρίς ένα πλαίσιο αναφοράς, δεν θα μπορούσαμε να μελετήσουμε κανένα φαινόμενο στη φυσική.

Τι ακριβώς είναι λοιπόν ένα πλαίσιο αναφοράς; Μπορείτε να το σκεφτείτε έτσι… βρίσκεστε μέσα σε ένα σπίτι και κάποιος σας ζητά να ελέγξετε τους φίλους σας, που παίζουν έξω. Έτσι, πηγαίνεις σε ένα παράθυρο και κοιτάς έξω. Όταν σας ρωτούν πόσο μακριά είναι και πόσο γρήγορα τρέχουν, απαντάτε σύμφωνα με την αναφορά αυτού του παραθύρου.

Ένα πλαίσιο αναφοράς είναι σαν ένα παράθυρο μέσα από το οποίο παρατηρούμε τις φυσικές διαδικασίες γύρω μας. (Φωτογραφία:Jan Faukner/Shutterstock)

Στη φυσική, αυτό το παράθυρο αποτελείται από κλίμακες που μας δίνουν συντεταγμένες.

Για να κατανοήσουμε μια φυσική διαδικασία, πρέπει να την δούμε από ένα σημείο (γνωστό ως προέλευση) και χρειαζόμαστε ένα σύνολο χάρακα (γνωστοί ως άξονες συντεταγμένων) που μπορούν να μετρήσουν τις κινήσεις του συστήματος.

Αυτές οι συντεταγμένες και η αρχή αντιπροσωπεύουν ένα πλαίσιο αναφοράς.

Υπάρχουν δύο τύποι πλαισίων αναφοράς –

i) αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς

ii) μη αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς.

Ένα πλαίσιο αναφοράς δεν χρειάζεται να είναι σε ηρεμία. μπορεί επίσης να κινηθεί. Έτσι, κάθε πλαίσιο που κινείται με σταθερή ταχύτητα είναι αδρανειακό σύστημα αναφοράς, ενώ κάθε πλαίσιο που κινείται με κάποια επιτάχυνση είναι γνωστό ως μη αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς.

Όταν παρατηρούμε οτιδήποτε στη ζωή μας, ενεργούμε ως το πλαίσιο αναφοράς. Δεν χρειαζόμαστε μια πραγματική κλίμακα για να μετρήσουμε τα πράγματα, αλλά εμείς που ενεργούμε ως παρατηρητές μας δίνει ένα πλαίσιο αναφοράς. Όλα όσα βιώνουμε είναι σύμφωνα με το δικό μας πλαίσιο αναφοράς, ενώ κάποιος άλλος μπορεί να βιώσει το ίδιο περιστατικό διαφορετικά, αφού έχει διαφορετικό πλαίσιο αναφοράς (αυτό ακριβώς συμβαίνει στη σχετικότητα, αλλά δεν θα ασχοληθούμε με αυτό σήμερα).

Εμείς, ως παρατηρητές, λειτουργούμε ως πλαίσιο αναφοράς. (Φωτογραφία:savitskaya iryna/Shutterstock)

Ωστόσο, αυτό που πρέπει να έχουμε κατά νου είναι ότι κάθε φορά που περπατάμε, παρακολουθούμε, καθόμαστε, τρέχουμε ή πηδάμε, λειτουργούμε πάντα ως πλαίσιο αναφοράς.

Ακόμη και όταν ταξιδεύουμε σε ένα τρένο, βρισκόμαστε στο πλαίσιο αναφοράς του κινούμενου τρένου, και αυτό το πλαίσιο αναφοράς είναι που μας κάνει να χάνουμε την ισορροπία μας σε ένα κινούμενο τρένο. Πως? Ας το ψάξουμε.

Οι πλασματικές δυνάμεις

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένα αντικείμενο κινείται μόνο εάν ασκηθεί εξωτερική δύναμη σε αυτό. Όταν καθόμαστε σε ένα αυτοκίνητο και κάποιος πατάει ξαφνικά τα φρένα, τρανταζόμαστε προς τα εμπρός. Ομοίως, όταν κατεβαίνουμε από ένα τρένο που τρέχει, τρανταζόμαστε προς τα πίσω καθώς το πόδι μας προσγειώνεται στην πλατφόρμα.

Τρανταζόμαστε προς τα εμπρός σε ένα αυτοκίνητο, εάν τα φρένα πατηθούν απότομα. (Φωτογραφία:yamasan0708/Shutterstock)

Η κίνησή μας αλλάζει, παρόλο που δεν ασκείται άμεση δύναμη σε εμάς. Μπορείτε να σταματήσετε μια κυλιόμενη μπάλα βάζοντας το χέρι σας μπροστά της επειδή ασκείτε δύναμη πάνω της, αλλά δεν ασκείται δύναμη από τίποτα σε εμάς και στις δύο περιπτώσεις που αναφέρονται παραπάνω.

Τι μας κάνει να χάσουμε την ισορροπία μας τότε; Μια πλασματική δύναμη .

Κάθε φορά που αλλάζουμε το πλαίσιο αναφοράς μας (στην περίπτωση του τρένου, βρισκόμαστε στο κινούμενο πλαίσιο αναφοράς του τρένου, αλλά στη συνέχεια κατεβαίνουμε στο σταθερό πλαίσιο αναφοράς της πλατφόρμας), ή όποτε υπάρχει ένα πλαίσιο αναφοράς μη αδρανειακό (στην περίπτωση του αυτοκινήτου πέδησης, η επιβράδυνση το καθιστά μη αδρανειακό πλαίσιο), μια πλασματική δύναμη ενεργεί πάνω μας.

Μια πλατφόρμα αμαξοστοιχίας λειτουργεί ως ακίνητο πλαίσιο αναφοράς, σε αντίθεση με το κινούμενο πλαίσιο αναφοράς της αμαξοστοιχίας. (Φωτογραφία :Anna Fevraleva/Shutterstock)

Αυτή η πλασματική δύναμη, λόγω της αλλαγής στο πλαίσιο αναφοράς, είναι που μας κάνει να χάνουμε την ισορροπία μας καθώς κατεβαίνουμε από ένα κινούμενο τρένο.

Συμπέρασμα

Μάθαμε ότι μια αλλαγή στο πλαίσιο αναφοράς κάνει μια πλασματική δύναμη να ενεργεί πάνω μας. Αυτή η πλασματική δύναμη είναι που μας κάνει να χάσουμε την ισορροπία μας αν κατεβούμε από ένα κινούμενο τρένο, επειδή αλλάζουμε το πλαίσιο αναφοράς μας από αυτό που κινείται με την ταχύτητα του τρένου σε άλλο που είναι ακίνητο στην πλατφόρμα.