ΔΥΝΑΜΕΙΣ
ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΔΥΝΑΜΕΩΝ
ΤΡΙΒΗ: ΜΙΑ «ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ» ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΚΑΙ ΤΙΣ ΕΡΜΗΝΕΙΕΣ ΤΗΣ'
Τριβή είναι η δύναμη που αντιστέκεται στη σχετική κίνηση δύο στερεών σωμάτων ή υλικών ή στην τάση τους για σχετική κίνηση. Η διεύθυνση επενέργειας της είναι εφαπτομενική των επιφανειών επαφής. Επομένως η τριβή εμπλέκεται σε όλα τα φαινόμενα επαφής στερεών σωμάτων. Αποτελεί δηλαδή μια από τις πιο συχνά εμφανιζόμενες δυνάμεις στο μακρόκοσμο.
Επιλέξαμε να μελετήσουμε την έννοια της τριβής, αφενός γιατί είναι μια δύναμη που ερμηνεύει πολλά φαινόμενα της καθημερινής ζωής, π.χ. βάδισμα και κράτημα, αφετέρου γιατί παρουσιάζει επιστημονικό ενδιαφέρον τόσο η ύπαρξη πολλών μηχανισμών ερμηνείας των σχετικών φαινομένων, όσο και η προσεγγιστικότητα και οι αποκλίσεις των νόμων της.
Στο άρθρο αυτό γίνεται προσπάθεια να παρουσιαστούν οι νόμοι της τριβής, όπως ιστορικά ανακαλύφθηκαν και εξελίχθηκαν και να ερμηνευθούν με βάση τις κλασικές και τις σύγχρονες απόψεις.
θεωρούμε ότι η αναζήτηση ιστορικών στοιχείων για την εξέλιξη της έννοιας συμβάλλει στον αρχικό μας στόχο, δηλαδή στη δημιουργία πλαισίου ανάλυσης των σχολικών εγχειριδίων, αλλά πιθανόν να μας οδηγήσει και σε χρήσιμα διδακτικά συμπεράσματα (2).
Οι απόψεις για την τριβή στην αρχαιότητα
Η τριβή εμπλέκεται σε δύο από τις πιο παλιές και βασικές επινοήσεις του ανθρώπου: στη φωτιά και τον τροχό. Ο προϊστορικός άνθρωπος, τρίβοντας ένα σκληρό σ' ένα μαλακό ξύλο, ανάβει φωτιά. Από την άλλη, η «υπερνίκηση» των τριβών με τον τροχό είναι επινόηση τόσο παλιά, που η χρονολόγηση της είναι προβληματική. Κι ακόμα, από την αρχαιότητα χρησιμοποιούνται λιπαντικά, όπως το ζωικό λίπος και τα φυτικά έλαια, για την ελάττωση των τριβών (8).
'Όταν η ελληνική φιλοσοφία και τα ελληνικά μαθηματικά καταγράφουν και θεωρητικά όλα τα πρακτικά επιτεύγματα της αρχαιότητας (Πυθαγόρειο θεώρημα), η τριβή παρ' ότι αντιμετωπίζεται πρακτικά (λιπαντικά) δεν φαίνεται να μελετάται συστηματικά. Στην Αριστοτελική Φυσική η κινητική τριβή είναι περιττή. Τα σώματα σταματούν από μόνα τους, όταν πάψει να ενεργεί το αίτιο που τα κινεί. Κι όχι μόνο αυτό αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις όπως στην κίνηση του βέλους, κατά τρόπο παράδοξο, η τριβή, για την ακρίβεια εδώ η αντίσταση του αέρα, μια ειδική περίπτωση τριβής, αποτελεί κινητήριο παράγοντα. Ο αέρας που εκτοπίζει το βέλος όχι μόνο δεν το εμποδίζει, αλλά κλείνει πίσω του, δημιουργώντας προώθηση (11).
Συστηματική μελέτη της τριβής
Συστηματική μελέτη της τριβής γίνεται για πρώτη φορά από το Leonardo da Vinci (1452 -1512) που δύσκολα θα μπορούσε να την αποφύγει, αφού ένα από τα πολλά ενδιαφέροντα του ήταν και ο σχεδιασμός αεροδυναμικών οχημάτων. Οι απόψεις που διατυπώθηκαν από τότε μέχρι και τα τέλη του 19ου αιώνα, αποτελούν τις κλασικές απόψεις για την τριβή που συναντούμε στα σχολικά εγχειρίδια. Από τα τέλη του 19ου αιώνα μέχρι σήμερα, στα πλαίσια της αλματώδους ανάπτυξης των φυσικών επιστημών, διατυπώνονται νεότερες απόψεις για τη φύση και τις ερμηνείες της τριβής και υιοθετείται μια θεώρηση της τριβής ως μακροσκοπικής έκφρασης δυνάμεων ηλεκτρομαγνητικής φύσης μεταξύ των μορίων των τριβομένων επιφανειών.
Κλασικές απόψεις για την τριβή
Παρόλο που η έννοια της δύναμης δεν είναι ξεκαθαρισμένη ο Leonardo da Vinci στα σημειωματάρια του διατυπώνει τους νόμους της τριβής ως εξής:
1. Η τριβή που δημιουργείται από το ίδιο το βάρος θα έχει το ίδιο μέγεθος, παρόλο που η επαφή μπορεί να έχει διαφορετικό μήκος και πλάτος.
2. Η τριβή παράγει διπλάσιο αποτέλεσμα, αν το βάρος διπλασιασθεί (9).
Το περιεχόμενο των σημειωματάριων του ήταν άγνωστο μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα, οπότε μεταφέρθηκαν στο Παρίσι μετά την κατάκτηση της Ιταλίας από τις Ναπολεόντειες στρατιές, όταν πλέον είχαν επαναδιατυπωθεί οι νόμοι της τριβής, αρχικά από τον Amontons και αργότερα από τον Coulomb.
Τριβή είναι η δύναμη που αντιστέκεται στη σχετική κίνηση δύο στερεών σωμάτων ή υλικών ή στην τάση τους για σχετική κίνηση. Η διεύθυνση επενέργειας της είναι εφαπτομενική των επιφανειών επαφής. Επομένως η τριβή εμπλέκεται σε όλα τα φαινόμενα επαφής στερεών σωμάτων. Αποτελεί δηλαδή μια από τις πιο συχνά εμφανιζόμενες δυνάμεις στο μακρόκοσμο.
Επιλέξαμε να μελετήσουμε την έννοια της τριβής, αφενός γιατί είναι μια δύναμη που ερμηνεύει πολλά φαινόμενα της καθημερινής ζωής, π.χ. βάδισμα και κράτημα, αφετέρου γιατί παρουσιάζει επιστημονικό ενδιαφέρον τόσο η ύπαρξη πολλών μηχανισμών ερμηνείας των σχετικών φαινομένων, όσο και η προσεγγιστικότητα και οι αποκλίσεις των νόμων της.
Στο άρθρο αυτό γίνεται προσπάθεια να παρουσιαστούν οι νόμοι της τριβής, όπως ιστορικά ανακαλύφθηκαν και εξελίχθηκαν και να ερμηνευθούν με βάση τις κλασικές και τις σύγχρονες απόψεις.
θεωρούμε ότι η αναζήτηση ιστορικών στοιχείων για την εξέλιξη της έννοιας συμβάλλει στον αρχικό μας στόχο, δηλαδή στη δημιουργία πλαισίου ανάλυσης των σχολικών εγχειριδίων, αλλά πιθανόν να μας οδηγήσει και σε χρήσιμα διδακτικά συμπεράσματα (2).
Οι απόψεις για την τριβή στην αρχαιότητα
Η τριβή εμπλέκεται σε δύο από τις πιο παλιές και βασικές επινοήσεις του ανθρώπου: στη φωτιά και τον τροχό. Ο προϊστορικός άνθρωπος, τρίβοντας ένα σκληρό σ' ένα μαλακό ξύλο, ανάβει φωτιά. Από την άλλη, η «υπερνίκηση» των τριβών με τον τροχό είναι επινόηση τόσο παλιά, που η χρονολόγηση της είναι προβληματική. Κι ακόμα, από την αρχαιότητα χρησιμοποιούνται λιπαντικά, όπως το ζωικό λίπος και τα φυτικά έλαια, για την ελάττωση των τριβών (8).
'Όταν η ελληνική φιλοσοφία και τα ελληνικά μαθηματικά καταγράφουν και θεωρητικά όλα τα πρακτικά επιτεύγματα της αρχαιότητας (Πυθαγόρειο θεώρημα), η τριβή παρ' ότι αντιμετωπίζεται πρακτικά (λιπαντικά) δεν φαίνεται να μελετάται συστηματικά. Στην Αριστοτελική Φυσική η κινητική τριβή είναι περιττή. Τα σώματα σταματούν από μόνα τους, όταν πάψει να ενεργεί το αίτιο που τα κινεί. Κι όχι μόνο αυτό αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις όπως στην κίνηση του βέλους, κατά τρόπο παράδοξο, η τριβή, για την ακρίβεια εδώ η αντίσταση του αέρα, μια ειδική περίπτωση τριβής, αποτελεί κινητήριο παράγοντα. Ο αέρας που εκτοπίζει το βέλος όχι μόνο δεν το εμποδίζει, αλλά κλείνει πίσω του, δημιουργώντας προώθηση (11).
Συστηματική μελέτη της τριβής
Συστηματική μελέτη της τριβής γίνεται για πρώτη φορά από το Leonardo da Vinci (1452 -1512) που δύσκολα θα μπορούσε να την αποφύγει, αφού ένα από τα πολλά ενδιαφέροντα του ήταν και ο σχεδιασμός αεροδυναμικών οχημάτων. Οι απόψεις που διατυπώθηκαν από τότε μέχρι και τα τέλη του 19ου αιώνα, αποτελούν τις κλασικές απόψεις για την τριβή που συναντούμε στα σχολικά εγχειρίδια. Από τα τέλη του 19ου αιώνα μέχρι σήμερα, στα πλαίσια της αλματώδους ανάπτυξης των φυσικών επιστημών, διατυπώνονται νεότερες απόψεις για τη φύση και τις ερμηνείες της τριβής και υιοθετείται μια θεώρηση της τριβής ως μακροσκοπικής έκφρασης δυνάμεων ηλεκτρομαγνητικής φύσης μεταξύ των μορίων των τριβομένων επιφανειών.
Κλασικές απόψεις για την τριβή
Παρόλο που η έννοια της δύναμης δεν είναι ξεκαθαρισμένη ο Leonardo da Vinci στα σημειωματάρια του διατυπώνει τους νόμους της τριβής ως εξής:
1. Η τριβή που δημιουργείται από το ίδιο το βάρος θα έχει το ίδιο μέγεθος, παρόλο που η επαφή μπορεί να έχει διαφορετικό μήκος και πλάτος.
2. Η τριβή παράγει διπλάσιο αποτέλεσμα, αν το βάρος διπλασιασθεί (9).
Το περιεχόμενο των σημειωματάριων του ήταν άγνωστο μέχρι τα τέλη του 18ου αιώνα, οπότε μεταφέρθηκαν στο Παρίσι μετά την κατάκτηση της Ιταλίας από τις Ναπολεόντειες στρατιές, όταν πλέον είχαν επαναδιατυπωθεί οι νόμοι της τριβής, αρχικά από τον Amontons και αργότερα από τον Coulomb.
