Hyrje

Në thelb, lënda mësimore e fizikës ka si qëllim hulumtimin e dukurisë së fuqisë kur shprehet në trajtën e veprimit dhe kundërveprimit. Nëpërmjet saj mësojmë se si lënda merr fuqi, si e humbet atë, çfarë veprimesh e bashkëveprimesh pasojnë si rrjedhojë e fitimit apo humbjes së kësaj fuqie. Në çdo dukuri natyrore që shfaqet me ndryshim, që nga rënia e një guri përdhe, te rryma elektrike, te era që fryn, e uji që rrjedh, lënda e fizikës shqyrton ligjësitë që sundojnë mbi to. Ajo zbulon arsyet dhe shkaqet, si dhe jep shpjegimet përkatëse për mënyrën e shprehjes së këtyre ligjësive. Pra, lënda e fizikë nuk na tregon vetëm çfarë ndodh, por edhe si e pse ndodh, duke shpjeguar çdo ndryshim e çdo lëvizje, çdo shtytje e çdo tërheqje sipas ligjit të vet përkatës. Në këtë mënyrë, lënda e fizikës është shkenca që i jep kuptim dukurisë së veprimit në natyrë: nga buron, si shfaqet e çfarë pasojash lë.

Matjet janë themelet mbi të cilat qëndron e gjithë lënda e fizikës, pasi pa matje nuk mund të vëzhgojmë e mandej të shqyrtojmë, krahasojmë, kuptojmë e shpjegojmë anjë dukuri fizike në mënyrë të përpiktë, sado e thjeshtë në dukje. Pa matje, temperaturën nuk do ta masnim me gradë celsius, por vetëm me “e ftohtë, e vakët, e ngrohtë dhe e nxehtë”. Pa matje, kohën nuk do ta masnim me sekonda, minuta e orë, por vetëm me “herët, në kohë dhe vonë”. Dhe lëvizjen nuk do ta masnim me metra/sekondë, por me “shpejtë” dhe “ngadalë”, pa arritur asnjëherë të marrim vlera të përpikta. Matjet na japin vlera të përpikta nëpërmjet të cilave mund të kuptojmë si shfaqet ndryshimi, sasinë e ndryshimit dhe nëse ky ndryshim shfaqet apo jo me zhvendosje. Prandaj, në fizikë, çdo ligj, çdo përkufizim dhe çdo përfundim mbështetet në matje: në matje me shkallë kur duam të dimë “sa shumë”, dhe te matjet me kah kur duam të dimë “sa shumë” dhe “në cilin kah”. Në këtë mënyrë, matja është mjeti që  lidh botën e dukurive natyrore me botën e hulumtimit shkencor.

Matjet mund të shfrytëzohen për të arritur qëllime të ndryshme në fusha të ndryshme të jetës si inxhinieria, ndërtimi, mjekësia, aeronautika (fluturimi), astronomia, meteorologjia (hulumtimi i ndryshimeve të motit), shkencat mjedisore, robotika, sportet, projektimi i automjeteve, lundrimi, etj.

Ndryshe nga gjuha e përditshme ku mjedis quhen hapësirat publike si rrugët e rrugicat, lulishtet, parqet, natyra, etj, në lëndën e fizikë mjedis quhet çdo hapësirë në të cilën ka lëndë, veprim dhe ndryshim. Kështu mjedis quajmë hapësirën ndërplanetare, ajrin në tokë (gaz), ujin në det (lëng), brendinë e sendeve të ngurta, hapësirën ndërmolekulare e ndëratomike, etj.

Në lëndën e fizikës trup quhet çdo send që pëson ndryshime në vendndodhje dhe shpejtësi. Nëse një send lëviz dhe zhvendoset, ai quhet trup. Ky emërtim nuk duhet ngatërruar me kuptimin që fjala trup ka në lëndën e biologjisë, ku trup kanë vetëm gjallesat, ose në jetën e përditshme ku fjala trup mund të ketë kuptime nga më të ndryshmet.

Në fushën e shkencës fuqi quajmë dukurinë që qëndron në thelb të gjithësisë dhe çdo gjëje që ndodh në të. Pa fuqi nuk mund të ketë lëndë, nuk mund të ketë veprim, nuk mund të ketë punë, nuk mund të ketë jetë, nuk mund të ketë gjithësi. Çdo gjë që ndodh në gjithësi është shprehje e fuqisë në trajta nga më të ndryshmet. Emërtimi shkencor i fuqisë është energji.

Disa shembuj të shprehjes së fuqisë janë: bashkëveprimet kimike, lëvizja e atomeve, çlirimi i fotoneve (rrezatimi), fuqia bërthamore (ndarja e atomit), fuqia elektrike, çdo lloj lëvizjeje e sendeve si për shembull rënia e topit, kolovajsja, zhvendosja e një automjeti, lëvizja e gjymtyrëve të trupit, rrahjet e zemrës, fluturimi i aeroplanëve, rrjedha e ujit, dallgët e detit, valët e ujit, shpërthimi i vullkanit, erërat, rrotullimi  i planeteve rreth diellit, etj. 

Fuqia shprehet në trajta nga më të ndryshmet. Ajo mund të jetë e përmbledhur në një vend dhe e drejtpeshuar. Për shembull një gur i thjeshtë që qëndron mbi tokë, i pa lëvizur, zotëron fuqi. Por kjo fuqi është e qëndrueshme dhe e drejtpeshuar, pa luhatje, pa zhvendosje, pa shtytje, pa ndërveprim me mjedisin, pa rrezatim, pa çlirim apo thithje fuqie, etj. Pra kjo fuqi qëndron në një vend pa nxitur apo shkaktuar kurrëfarë ndryshimi. Këtë fuqi nuk arrijmë ta shohim, e as ta ndjejmë, ndonëse e dimë që është atje.

Fuqia mund të shprehet në trajtë të çrregullt, duke vepruar e duke u çliruar në të gjitha drejtimet Për shembull dridhja e atomeve në molekulë, dukuria e nxehtësisë ose rrezatimi (drita) janë shprehje në trajtë të çrregullt të fuqisë. Gjatë këtyre veprimtarive fuqia ushtron ndikim ose çlirohet njëkohësisht në të gjitha drejtimet, pa ndonjë kah të caktuar. Disa trajta të çrregullta të fuqisë, si për shembull nxehtësinë ose dritën, mund t’i ndjejmë e madje ndikimin e tyre mund ta shohim me sy.

Në lëndën e fizikës hulumtojmë shprehjen e fuqisë në trajtë të rregullt me kah dhe pasojat që rrjedhojnë prej ndikimit të saj. Për shembull zhvendosja e trupave në hapësirë ose në tokë është shprehje e fuqisë së rregullt me kah. Kur trupi gjatë zhvendosjes përplaset me molekulat e ajrit, atëherë fuqia shprehet në trajtën e kundërveprimit. Kur sendet janë tmerrsisht shumë të mëdha, si për shembull trupat qiellorë, atëherë fuqia shprehet në trajtën e përkuljes së pëlhurës hapësinore.

Fuqia as mund të krijohet, as mund të shkatërrohet. Ajo është gjithnjë e pranishme dhe mund vetëm të shndërrohet nga një trajtë në tjetrën. Fuqia e rregullt mund të shndërrohet në fuqi të çrregullt e pastaj në fuqi të drejtpeshuar, pastaj sërish në fuqi të rregullt, e kështu me radhë. Për shembull kur hedhim një top në ajër, ne shndërrojmë fuqinë e drejtpeshuar të trupit në fuqi të rregullt me kah. Gjatë zhenvdosjes një pjesë e fuqisë së rregullt me kah të topit përçohet tek molekulat e ajrit me të cilat përplaset topi, të cilat e shndërrojnë atë pastaj në fuqi të çrregullt që shpërndahet në mjedis. Dhe kur topi bie në tokë si pasojë e veprimit të fuqisë së rëndesës së tokës dhe pushon së lëvizuri, fuqia e rregullt me kah është shndërruar tashmë në fuqi të përmbledhur e të drejtpeshuar.

Kur mbi një trup ushtrohet fuqi e jashtme dhe për pasojë trupi ndryshon vendndodhjen ose shpejtësinë, ose të dyja, atëherë themi që mbi trupin është ushtruar fuqi me kah, domethënë fuqi që vjen nga një kah i caktuar; para-pas, majtas-djathtas ose poshtë-lartë. Fuqia me kah është fuqi e rregullt. Kur mbi një trup ushtrohet fuqi me kah, si pasojë kemi zhvendosje të trupit. Në gjuhën shkencore kjo lloj fuqie quhet forcë. Njësia matëse e forcës është Njutoni (N). Një Njuton është e barabartë me sasinë e forcës që nevojitet për të vënë në lëvizje 1kg masë me shpejtësi 1m/s2.

Në natyrë kemi disa lloje fuqish me kah (forcash): fuqia kryesore është fuqia e rëndesës, që në gjuhën shkencore quhet forca e rëndesës ose e gravitetit. Çdo gjë në gjithësi ushtron gravitet (nga elektronet, tek njerëzit, tek planetet), por ajo është përgjithësisht shumë e vogël dhe nuk ka ndikim. Ndikimin më të madh e më të ndjeshëm forca e rëndesës e shfaq kur ushtrohet nga trupat qiellorë. Ajo është në përpjestim të drejtë me masën e tyre. Për shembull, forca e rëndesës në tokë është më e madhe se forca e rëndesës në hënë ose në mars për shkak se toka ka masë më të madhe se hëna apo marsi. Në sistemin diellor, forcën më të madhe të rëndesës e gjejmë tek dielli, e cila në sipërfaqe është 28 herë më e madhe se ajo e tokës.

Në tokë (dhe në trupa të tjerë) forca e rëndesës është e gjithëgjindshme dhe e pashtershme. Ajo “tërheq” çdo trup drejt qendrës së tokës, atje ku është edhe qendra e masës së planetit. Prandaj dhe quhet me kah. Sendet kanë rëndesë pikërisht për shkak të forcës së rëndesës që i “tërheq” vazhdimisht ato. Megjithatë forca e rëndesës nuk është gjithkund e barbartë. Për shembull, në majën e malit ajo është më e vogël se në nivelin e detit, por është më e vogël në ekuator se sa në pole.

Ndonëse themi që forca e rëndesës “tërheq” trupat, në të vërtetë nuk ka tërheqje në kuptimin e veprimit, siç tërheq, ta zëmë, kali karrocën. Çka ndodh në të vërtetë është që kur kemi përqendrim të një sasie shumë të madhe lënde në një vend të vetëm, si për shembull planetet, pëlhura hapësinore e gjithësisë përkulet dhe bashkë me të përkulet edhe udha që trupat ndjekin gjatë lëvizjes së tyre. Në afërsi të një planeti nuk ka shtigje të drejta për tu zhvendosur nga pika A në pikën B, kudo qofshin ato. Çdo shteg është i përkulur me kah për nga qendra e planetit, dhe çdo trup që do të zhvendoset në vizë të drejtë detyrimisht do të “rrëshqasë” drejt qendrës së planetit edhe pse ndjek udhën e drejtë. Njësoj si uji në lavaman.

Kjo lloj force shfaqet kur ndaj një trupi ushtrohet fuqi e jashtme me kah dhe, si pasojë, trupi zhvendoset. Forca shtytëse nuk është veti e vetë trupit, por lind nga ndërveprimi me një burim të jashtëm dhe është e pranishme vetëm gjatë këtij ndërveprimi. Teksa trupi fillon lëvizjen dhe zhvendoset, forca e shtytjes ka pushuar së vepruari pasi është përçuar tek trupit dhe është shndërruar në trajtën e fuqisë së lëvizjes (kinetike). Lëvizja vazhdon derisa trupi të ndërveprojë me trupa të tjerë ose me mjedisin përreth, ku fuqia e lëvizjes shpërndahet shkallë-shkallë përmes qëndresës së ajrit, fërkimit ose ndikimit të rëndesës, duke ndryshuar ose duke shuar lëvizjen.

Fuqia tjetër me kah është ajo e qëndresës së grimcave në mjedis. Kjo forcë shfaqet për shkak të kundërveprimit që molekulat dhe atomet e mjedisit (ajër, ujë, etj,) ushtrojnë kundrejt trupit në lëvizje. Kjo dukuri shfaqet kryesisht në tokë ose në planete të tjera ku ka atmosferë ose mjedise të lëngshme. Në hapësirë ajo është e papërfillshme. Në gjuhën shkencore kjo dukuri quhet forca a rezistencës.

Teksa zhvendoset nëpër mjedis, qoftë ky ajër, ujë, apo diçka tjetër, trupi përplaset me grimcat e mjedisit. Gjatë kësaj përplasjeje trupi përçon tek grimcat një pjesëz të forcës që bart me vete duke u dhënë atyre shtytje (impuls). Grimcat e marrin këtë forcë dhe e çlirojnë duke e shpërndarë në të gjitha drejtimet Kështu teksa përplaset me më shumë grimca, vrulli i trupit shpërndahet dhe zvogëlohet vazhdimisht, derisa shuhet fare, sepse gjatë përplasjeve të shumta, fuqia e rregullt me kah (forca) shndërrohet në fuqi të shpërndarë të çrregullt.

Sa më e lartë shpejtësia e trupit, aq më i madh numri i grimcave në mjedis me të cilat përplaset, e detyrimisht aq më e madhe është edhe sasia e fuqisë që përçohet nga trupi drejt grimcave. Prandaj themi që forca e qëndresës rritet me shpejtësinë. Kur shpjetësia është e ulët, edhe forca e qëndresës është e ulët, ndërsa në shpejtësi të mëdha ajo bëhet shumë e ndjeshme.

Ndonëse në të vërtetë grimcat në mjedis nuk ushtrojnë fuqi mbi trupin, dukuria paraqitet në lëndën e fizikës si fuqi që vepron në kah të kundërt, e për këtë arsye quhet forcë, sepse zvogëlimi i fuqisë shtytëse të trupit bie në përpjestim të zhdrejtë me sasinë e grimcave të mjedisit me të cilat përplaset. Në lëndën e fizikës, forca e qëndresës nuk është një “shtyrje në kah të kundërt”, por një paraqitje e thjeshtuar e shpërndarjes së forcës që trupi ushtron ndaj grimcave në mjedis. Pra forca e qëndresës nuk është veti e grimcave të mjedisit, por rrjedhojë e ndërveprimit të trupit me to.

Çdo send e çdo grimcë apo bashkësi grimcash themelore (atome, elektrone, molekula, etj.) zotëron fuqi, edhe kur është në prehje. Kjo fuqi është e rregullt dhe e drejtpeshuar. Sasia e përgjithshme e kësaj fuqie të rregullt, të drejtpeshuar e të përqendruar në një vend të vetëm quhet masë. Njësia matëse e masës është kilogrami (kg).

Kujdes! Fjala “masë” nuk duhet ngatërruar me foljen shqipe “mas”, që vjen nga fjala “matje”, e që ka kuptim tjetër.

Masa ndryshon sipas sasisë së lëndës dhe është më përpjestim të drejtë me të. Sendet që kanë më shumë lëndë, kanë masë më të madhe dhe anasjelltas, sendet që kanë më pak lëndë kanë masë më të vogël. Shpesh herë trupat e mëdhenj kanë masë më të madhe se trupat e vegjël. Për shembull, një bidon me ujë ka masë shumë më të madhe se sa një gotë me ujë. Por ndodh që sende fare të vogla të kenë masë shumë të madhe, dhe anasjelltas, sende shumë të mëdha të kenë masë fare të vogël. 

Për shembull, një 1 centimetër kub (cm3) ar ka masë të përgjithshme pothuajse të njëjtë me një tullumbace të fryrë me ajër (nga ato që përdorim në festa), me vëllim rreth 17,000 centimetra kub (cm3). Kjo ndodh sepse, ndonëse kubi prej ari ka përmasa më të vogla, ai është metal dhe lënda brenda tij është shumë e ngjeshur, pra ka dendësi të lartë. Ndërsa ajri brenda tullumbaces është gaz dhe gazrat kanë dendësi të ulët. Kjo na tregon që masa nuk varet prej vëllimit, por prej dendësisë së lëndës.

Njësia matëse e masës është kilogrami (kg). Ndonëse në jetën e përditshme kemi mësuar që kilogrami tregon peshën e sendeve, ose rëndesën e tyre, në të vërtetë kilogrami tregon masën, ose sasinë e përgjithshme të fuqisë që zotëron sendi. Në lëndën e fizikës, rëndesa është dukuri e ndryshme nga masa. Kur vendosim perimet mbi peshore, peshorja nuk mat masën e perimeve, por fuqinë e rëndesës (gravitetit) që vepron mbi to, e cila matet me Njuton. Peshoret janë ndërtuar në mënyrë të tillë që të masin fuqinë e rëndesës dhe këtë ta përkthejnë në vlera të masës (kg). Prandaj, peshoret që përdorim në tokë nuk do të na jepnin përfundime të përpikta të masës nëse do t’i përdornim në mjedise të tjera si hëna, apo hapësira, sepse janë ndërtuar për të llogaritur vetëm fuqinë e rëndesës në tokë.

Ndryshe nga pesha, që varet nga forca e rëndesës që ushtrohet në mjedis (tokë, hënë, etj), masa është veti e sendit dhe është e pavarur nga mjedisi në të cilën gjëndet. Një gur zalli ka të njëjtën masë, si në breg të lumit, si në fund të detit, si në majë të malit, ashtu edhe në hënë. Për këtë arsye masa është mënyrë më e mirë për të kryer matje të sasisë së lëndës se sa, për shembull, forca e rëndesës, që matet me Njuton.

Po të mos zotëronin masë, trupat në hapësirë do të zhvendoseshin me shpejtësinë e dritës. Masa është ajo që i mban trupat në vend, të palëvizuar, sa kohë që ndaj tyre nuk është ushtruar një forcë e jashtme. Në gjuhën e shkencës themi që trupi ruan gjendjen të pandryshuar. Për ta vënë trupin në lëvizje nevojitet një sasi force e caktuar. Sa më e madhe masa e trupit, aq më e madhe forca që nevojitet për t’a vënë atë në lëvizje. Në gjuhën shkencore kjo dukuri quhet inerci. Ajo përshkruan përpjestimin e drejtë mes masës që zotëron trupi dhe forcës së jashtme që nevojitet për ta vënë atë në lëvizje.

Inercia nuk është e pranishme vetëm tek trupat në prehje, por edhe tek ato që janë në lëvizje. Që trupi të ndryshojë kahun e zhvendosjes apo shpejtësinë, duhet gjithashtu një sasi e caktuar force. Kjo do të thotë se inercia shfaqet kurdo kur ndaj një trupi ushtrohet një forcë e jashtme.

Madhësia e inercisë është në përpjestim të drejtë me masën e trupit. Sa më e madhe të jetë masa, aq më e madhe është inercia. Kjo do të thotë se trupat me masë të madhe kërkojnë më shumë fuqi për t’u vënë në lëvizje se sa trupat me masë të vogël. Për shembull të shtysh një top tenisi është shumë më e lehtë se sa të shtysh një top basketbolli, pasi topi i tenisit ka masë më të vogël se sa topi i basketbollit. Kjo do të thotë gjithashtu që sendi me masë më të madhe (topi i baskebollit) shfaq qëndresë (ka inerci) më të madhe se sendi (topi i tenisit) me masë më të vogël.

Ashtu si masa, inercia është gjithashtu e pavarur nga mjedisi ku ndodhet trupi. Si në tokë, si në hënë, si në mars, inercia mbetet e pandryshuar. E vetmja gjë që ndryshon është forca e rëndesës që vepron mbi të. Për këtë arsye, inercia njihet si dukuri themelore në fizikë, e lidhur drejtpëdrejtë me vetinë e lëndës, masën. Pra, masa dhe inercia nuk janë dy gjëra të ndryshme. Ato janë kuptime të së njëjtës dukuri. Masa është veti e lëndës dhe inercia është mënyra se si kjo veti shprehet kur mbi të ushtrohet një forcë e jashtme.

Inercia është e nëdrvarur me dukurinë e shtytjes (impulsi), përshpejtimit (akselerimi) dhe vrullit (momenti).

Shtytje quajmë përçimin e fuqisë nga forca e jashtme tek trupi. Sa më e madhe të jetë shtytja, aq më i madh është vrulli që zotëron trupi. Në gjuhën shkencore kjo dukuri quhet impuls. Dukuria e shtytjes shfaqet për aq kohë sa forca e jashtme dhe trupi janë në ndërveprim me njëri-tjetrin. Kur ndërveprimi pushon, pushon edhe shtytja.

Trupat që janë në lëvizje e sipër zotërojnë fuqi me kah. Kjo fuqi është në trajtë të rregullt. Ajo quhet vrull dhe fitohet në çastin kur forca shtytëse e jashtme përçohet tek trupi, duke shkaktuar lëvizje, ndryshim të kahut (kur është në lëvizje) dhe përshpejtim (ndryshim të shpejtësisë). Megjithatë, sasia e vrullit të trupit në lëvizje nuk varet nga forca e jashtme por nga masa dhe shpejtësia e trupit. Sa më e madhe masa e shpejtësia, aq më i madh vrulli. Vrulli i trupit në lëvizje qëndron i pandryshuar deri sa mbi të të ushtrohet një forcë tjetër e jashtme. Ndonëse dukuria e vrullit shfaqet në çdo trup që lëviz, pavarësisht mjedisit ku ndodhet, ajo vërehet më lehtë në zbrazëtinë e hapësirës, ku nuk ka forca të tjera të ndjeshme që veprojnë mbi të dhe trupi mund të zhvendoset, në parim, pafundësisht.

Çdo trup që vihet në lëvizje, ose që i ndryshohet lëvizja si pasojë e ushtrimit të një force të jashtme, merr shpejtësi. Kur trupi është në prehje, shpejtësia rritet nga 0 në x. Kur trupi është në lëvizje, shpejtësia rritet nga x në y. Dukuria e rritjes së shpejtësisë nga një vlerë në tjetrën në gjuhën shkencore quhet përshpejtim. E kundërta e përshpejtimit është ngadalësimi.

Përshpejtimi ndodh menjëherë sapo fuqia përçohet nga forca e jashtme tek trupi, derisa ky i fundit të arrijë një shpejtësi të pandryshueshme. Pastaj trupi nuk ka më përshpejtim, por vetëm vrull.