نیرو
نیرو برهم کنش دو جسم به یکدیگر است که در اثر هل دادن یا کشیدن میتواند ایجاد شود. نیرو یک کمیت برداری است یعنی دارای اندازه و جهت است. نیرو وزن، تکیه گاه، گرانشی، اصطکاک، مقاومت هوا، کشش نخ و کشسانی فنر از انواع نیروها هستند.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
نیرو وزن
جرم مقدار ماده تشکیل دهنده یک جسم است. وزن نیرویی است که در اثر گرانش به جرم وارد میشود. جرم یک جسم برخلاف وزن آن همواره ثابت است. وزن جسم از حاصل ضرب جرم در شتاب گرانش به دست میآید. مقدار شتاب گرانش زمین ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه است و این عدد برای سیارههای دیگر متفاوت است. برای مثال شتاب گرانش در ماه ۱.۶۳ متر بر مجذور ثانیه است. طبق شکل زیر وزن شخص روی ماه کمتر از روی زمین است.
نیروی گرانش
نیروی جاذبه یا گرانشی، نیرویی است که دو جسم دارای جرم به هم وارد میکنند. این نیرو از رابطه زیر به دست میآید. طبق این رابطه هرچه جرمها بزرگتر باشند، مقدار نیروی گرانش هم بیشتر میشود. به نیروی جاذبه یا گرانشی که بین زمین و یک جسم ایجاد شود، نیروی وزن میگویند. قانون دوم نیوتون، میتواند نیروی گرانش را بین یک جسم و زمین ایجاد کند. قانون گرانش نیروی گرانش را بین دو جسم میتواند ایجاد کند. از مقایسه این دو نیروی گرانش، رابطهای برای محاسبه شتاب گرانش به دست میآید.
سقوط چکش و پر
نیروی مقاومت هوا، نیرویی است که در خلاف جهت حرکت جسم از طرف هوا به آن وارد میشود. سرعت سقوط اجسام با وزن آنها ارتباطی ندارد، این ایده را ابتدا گالیله مطرح کرد. در شرایط خلا نیروی مقاومت هوا وجود ندارد، اگر در این شرایط دو جسم با جرمهای متفاوت، مانند چکش و پر را از ارتفاعی یکسان رها کنیم، هر دو به طور هم زمان به زمین میرسند. پس میتوان نتیجه گرفت اگر مقاومت هوا وجود نداشته باشد، همه اجرام با شتابی ثابت و مستقل از جرم خودشان به سمت زمین سقوط میکنند. در شکل زیر سقوط چکش و پر در حضور هوا و خلا نشان داده شده است.
نیروی پس کشی
هر مادهای که قابلیت شارش یا جاری شدن داشته باشد، شاره یا سیال نام دارد. وقتی یک جسم در داخل شاره یا سیال (گاز یا مایع) حرکت میکند، نیرویی در خلاف جهت حرکت جسم به آن وارد میشود، که به آن نیروی پس کشی میگویند. اگر شاره هوا باشد، به آن نیروی مقاومت هوا میگویند. توپی در شاره هوا حرکت میکند و هوادر پشت آن فشرده میشود. قایق موتوری در آب حرکت کرده و سیال در پشت آن دچار آشفتگی میشود و نیروی پس کشی را سبب میشود. در شکل زیر سیال و هوا دچار آشفتگی شدهاند.
سرعت حد
زمانی که یک جسم سقوط میکند، یک نیروی وزن رو به پایین و یک نیروی پس کشی در خلاف جهت حرکت به آن وارد میشود. در ابتدا نیروی وزن از پس کشی بزرگتر است، اما رفته رفته مقدار نیروی پس کشی بیشتر شده و با نیروی وزن برابر میشود، در این حالت برایند نیروهای وارد بر جسم و شتاب صفر میگردد و جسم با سرعت ثابت که همان سرعت حد است به مسیر خود ادامه میدهد.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
شکل زیر نمودار پایین آمدن چتر باز تا قبل از باز کردن چتر را نشان میدهد. طبق نمودار سرعت، زمان با گذر زمان، سرعت پایین آمدن بیشتر و بیشتر میشود تا اینکه به سرعت حد رسیده و ثابت میماند.
شکل زیر نمودار پایین آمدن چتر باز از لحظه باز کردن چتر را نشان میدهد. با باز شدن چتر سرعت حرکت به شدت کاهش مییابد و این کم شدن ادامه پیدا میکند تا به یک مقدار ثابت که همان سرعت حدی است برسد.
نیروی عمودی سطح
نیروی عمودی سطح نیرویی است که به صورت عمود از طرف سطح وارد میشود و ناشی از شکل سطح تماس دو جسم است.
مشاهده و انجام آزمایش در سایت آزتو
نیروی اصطکاک
نیروی اصطکاک یک نیروی مقاومتی است که در خلاف جهت حرکت جسم به آن وارد میشود. نیروی اصطکاک همواره موازی سطح تماس بوده و با لغزش دو جسم روی هم مخالفت میکند. اصطکاک ایستایی و جنبشی از انواع اصطکاک است.
مطابق شکل زیر اگر یک جسم ساکن باشد یعنی نیروها متوازن بوده و در حال تعادلاند. در این نیروی اصطکاک از نوع ایستایی است.
با افزایش نیروی اعمالی جسم در آستانهی حرکت قرار میگیرد. نیروی اصطکاک ایستایی آستانه حرکت مشخص میکند تا چه نیرویی جسم ساکن است. شکل زیر اصطکاک ایستایی آستانه حرکت را نشان میدهد.
با حرکت جسم، نیروی اصطکاک آن از نوع جنبشی خواهد بود که در شکل زیر نشان داده شده است.
