استفاده از دنياي مجازي در دنياي علوم تجربي
 فصل6:نیرو

نيرو


 


در همه اين موارد نيروي دست يا نيروي پاي شخص باعث حركت ، جابه جايي، تغيير شكل يا تغيير جهت جسم مي شود.


تعاريف:

نيرو كشش و رانش است.


نيرو عاملي است كه باعث حركت اجسام ساكن مي شود.


نيرو عاملي است كه باعث توقف اجسام متحرك مي شود.


نيرو عاملي است كه باعث تغيير جهت اجسام مي شود.


نيرو عاملي است كه باعث تغيير شكل اجسام مي شود.

 

 


اقسام نيرو:

 

نيروي گرانش

 

 

نيروي اصطكاك

 

 

 
نيروي تكيه گاه


 نيروي الكتريكي

 

نيروي مغناطيسي


 

 

 



نيروي گرانش:

اين مرد احتمالاً دانشمند معروف نيوتن است.

آورده اند كه او روزي در زير درخت سيبي مشغول مطالعه بود. ناگهان سيبي از درخت جدا شد و به سر مبارك نيوتن اصابت كرد. او كه رشته افكارش از هم گسيخته شده بود سوالات زيادي در ذهنش ايجاد شد.
چرا اين سيب به سمت پايين سقوط كرد ؟ چرا به طرف بالا نرفت؟ چه عاملي باعث شد كه سيب به سمت زمين كشيده شود؟ و هزاران سوال ديگر.

و نيوتن براي يافتن پاسخ سوالهايش مشغول مطالعه شد. نتيجه تحقيقات و مطالعات او به كشف قانون مهمي به نام قانون جاذبه عمومي يا قانون گرانش ختم شد.

 


اين قانون را در قسمت هاي پاياني اين فصل به طور كامل توضيح مي دهيم.

 

مداد خود را از روي ميز رها كنيد، چه اتفاقي مي افتد؟ مداد به سمت پايين حركت مي كند و به زمين      مي افتد.
آيا مداد خود به خود مي تواند رو به بالا حركت كند؟ خير . براي بلند كردن آن بايد نيرويي رو به بالا وارد كنيم.
هر جسمي كه رها شود، به سمت پايين حركت مي كند. اين موضوع، به علت وجود نيروي جاذبه زمين است.
به نيروي جاذبه زمين، نيروي گرانش نيز گفته مي شود.


 


نيروي جاذبه زمين بر همه چيزهايي كه در اطراف آن هستند وارد مي شود.
و آنها را به سمت زمين مي كشد . به همين علت است كه اجسام بر روي سطح زمين وزن دارند.


وزن (W) = نيروي گرانشي است كه از طرف زمين بر آن جسم وارد مي شود.

 

نكته: هرچه از سطح زمين دور مي شويم ، نيروي كشش زمين بر روي اجسام كم تر مي شود.
و در فضاهاي دور دست اجسام تقريبا در حالت بي وزني قرار مي گيرد.

 

 

نيروي تكيه گاه

هر جسمي يا روي يك جسم ديگر قرار دارد و يا از جايي آويزان است. به اين جسم و يا نقطه آويز تكيه گاه مي گوييم

چرا خط كش خميده شده است؟ نيروي وزن جسم ها به ميله نيرو وارد مي كند و باعث خميده شدن خط كش مي شود.
چرا جسم ها نمي افتد؟ ميله نيرويي در جهت مخالف نيروي وزن به جسم ها وارد مي كند و مانع از افتادن جسم ها مي شود.
هر چه نيروي وزن جسم ها بيش تر باشد، نيرويي كه از طرف ميله نيز وارد مي شود، بيش تر است.

هر چه تعداد بچه هايي كه سوار قايق مي شوند، بيشتر باشد، فرو رفتن سطح آب نيز بيش تر خواهد بود در نتيجه نيرويي كه رو به بالا به قايق وارد مي شود نيز بيش تر خواهد بود.

به نيرويي كه تكيه گاه بر جسمي كه روي آن قرار دارد وارد مي كند، نيروي تكيه گاه (N) مي گوييم.


نكته: هر چه وزن جسم بيش تر باشد ، نيروي تكيه گاه نيز بيش تر خواهد بود. نيروي تكيه گاه برابر نيروي وزن جسم و در جهت مخالف آن است.


نيروي اصطكاك:

1) شخص نيروي كمي بر جسم وارد مي كند. جسم هيچ حركتي نمي كند.

 

1) نيروي نسبتا بزرگي بر جسم وارد مي كند. جسم به آرامي شروع به حركت مي كند.


3) شخصي در زميني هموار جسم را هل مي دهد. به محض اينكه دست از هل دادن بر ميدارد. بعد از مدتي جسم مي ايستد.


4) اتومبيلي در مسير افقي در حال حركت است به محض آنكه ترمز گرفته مي شود بعد از مدت كوتاهي مي ايستد.


در تمام اين موارد، نيرويي در خلاف جهت حركت، به جسم وارد مي شود. اين نيرو، اصطكاك نام دارد.


نيروي اصطكاك را در دو حالت بررسي مي كنيم.


1) جسم بر روي سطح كشيده مي شود ولي ساكن مي ماند.
حالت اول: اگر به جسم نيروي كوچكي وارد كنيم ، جسم ساكن مي ماند. نيروي اصطكاك در خلاف جهت به جسم نيرو وارد مي كند و جلوي حركت جسم را مي گيرد.

 

 

حالت دوم: اگر مقدار نيرو را كمي افزايش دهيم، نيروي اصطكاك نيز افزايش مي يابد و جلوي حركت جسم را مي گيرد، در اين صورت باز هم جسم ساكن مي ماند.
به اين نيروي اصطكاك ، نيروي اصطكاك ايستايي گفته مي شود.

 

حال اگر به اين جسم نيروي نسبتا بزرگي وارد شود، جسم ديگر ساكن نمي ماند و شروع به حركت مي كند.
در اين حالت نوع دوم نيروي اصطكاك را بايد بررسي كنيم.
2) جسم بر روي سطح در حال حركت است.
به اين نيروي اصطكاك ، نيروي اصطكاك جنبشي گفته مي شود.

 

نكته: جهت نيروي اصطكاك همواره در جهت مخالف حركت جسم بر روي سطح است.


عوامل موثر بر نيروي اصطكاك:


الف- نيروي عمودي تكيه گاه كه مقدار اين نيرو هميشه برابر نيروي وزن است.


ب- جنس سطح تماس دو جسم :
صاف يا زبر بودن سطح
رطوبت

1) هر چه نيروي تكيه گاه(يا نيروي وزن جسم) بيشتر باشد، بايد نيروي بيش تري براي جابه جايي آن به كاربرد يعني نيروي اصطكاك بين دو سطح افزايش مي يابد.


2) هر چه سطح تماس بين دو جسم ناصاف تر باشد، اصطكاك بيش تري بين دو سطح وجود دارد بنابراين براي جابه جايي جسم بايد نيروي بيشتري وارد كرد.


3) رطوبت باعث مي شود دو سطح با يكديگر تماس كمتري داشته باشند، در نتيجه نيروي كمتري براي جابه جايي جسم لازم است.

 

نيروي اصطكاك در مواردي مفيد و در موارد ديگر مضر است.
موارد مفيد:

 

۱)در هنگام راه رفتن

۲)پاشیدن شن بر روی برف خیابان

 

موارد مضر:
1) در هنگام حركت اتومبيل، بخشي از انرژي مكانيكي اتومبيل صرف غلبه بر اصطكاك مي شود.
2) در هنگام اسكي سواري

راههاي كم كردن اصطكاك
1) صاف كردن سطوح (از بين بردن فرورفتگي و برجستگي هاي دو سطح)


2)استفاده از چرخ، غلتك، ساچمه


3) روغن كاري سطوح


4) استفاده از تخت هوا

در بعضي از انواع قطارها توده ي فشرده اي از هوا بين قطار و ريل فاصله مي اندازد اين كار باعث    مي شود، اصطكاك بين ريل و قطار كاهش يافته و سرعت قطار افزايش يابد.

 


5) نوك تيز كردن سطوح: هر چه سطح جسمي كشيده تر باشد، سطح تماس آن با هوا كمتر است.
در اتومبيل هاي مسابقه براي كم شدن اصطكاك اتومبيل با هواي اطراف، اتومبيل ها را كشيده تر مي سازند.

 


نيروي الكتريكي:
1) پسر بچه اي موهاي تميز و خشك خود را شانه مي زند ولي به جاي آنكه موهاي او مرتب شود. موهاي او به دنبال شانه كشيده مي شود و موها نامرتب تر مي شوند.
2) پسر بچه اي شانه را به خرده هاي كاغذ روي ميز نزديك مي كند. خرده هاي كاغذ جذب شانه مي شوند.
3) كودكي يك شانه پلاستيكي را به موهاي خود مالش مي دهد و آن را به باريكه آب نزديك مي كند، باريكه آب جذب شانه مي شوند.


چه عاملي باعث اين اتفاقات شده است.


1) نامرتب بودن موهاي پسر بچه

 

2) خرده هاي كاغذ جذب شده به شانه


3) انحراف باريكه آب

 


اين پديده به علت وجود نيروي الكتريكي است.
وقتي دو جسم بر يكديگر ماليده مي شوند . بارهاي الكتريكي در آنها به وجود مي آيد.


بارهاي الكتريكي دو  نوع هستند.

1) بارهاي منفي
2) بارهاي مثبت


شما چگونگي تشكيل بارهاي الكتريكي را در سال سوم راهنمايي مي خوانيد.
الف: هرگاه دو جسم بارهاي مشابه(+ و+) يا (- و-) به يكديگر نزديك شوند همديگر را مي رانند.


ب: هر گاه دو جسم با بارهاي متفاوت (- و+) به يكديگر نزديك شوند يكديگر را مي ربايند.

 


نيروي مغناطيسي

اگر يك آهن ربا را در براده هاي آهن بغلطانيد، براده ها بيش تر به دو سر آن مي چسبند، اين قسمت ها كه خاصيت مغناطيسي قويتري دارند، قطب هاي آهن ربا ناميده مي شود.

 

 


نكته: هر آهن ربا دو قطب دارد.
1- قطب شمال ياب(N)
2- قطب جنوب ياب(S)


دو قطب هم نام آهن ربا(N,N) يا (S,S) يكديگر را مي رانند.

 

دو قطب نا هم نام آهن ربا(S,N) يكديگر را مي ربايند.

 

 


توجه: در بوجود آمدن نيرو همواره دو جسم شركت دارند و هر جسم به جسم ديگر يك نيرو وارد مي كند.


قوانين حركت:

براي اولين بار توسط نيوتون مورد بررسي قرار گرفت. به همين دليل به قوانين نيوتون در حركت معروف شده
و شامل 3 قانون است.

قانون سوم نيوتن بيان مي كند:

هرگاه جسم اول به جسم دوم نيرويي وار quality=د كند. جسم دوم هم به جسم اول نيرويي وارد ميكند. مساوي نيروي اول اما در خلاف جهت آن. يا به عبارت ديگر در مقابل هر كنشي ، واكنشي وجود دارد مساوي اما در جهت مخالف آن.


دو نيروي كنش و واكنش:
1) مساوي ، هم راستا و در دو جهت مخالف هستند.
2) بر هر دو جسم اثر مي كند.
3) همزمان به وجود مي آيند و همزمان از بين مي روند.


توجه: اگر بخواهيم چيزي را به سمت شمال حركت دهيم، بايد جهت نيروي ما به سمت شمال باشد.
اگر بخواهيم چيزي را به سمت غرب حركت دهيم، بايد جهت نيروي ما به سمت غرب باشد.


جهت نيرو را مي توان از روي موارد زير تعيين كنيم.
1) نتيجه ي تاثير نيرو بر جسم.
2) تغييري كه در شكل جسم به وجود مي آيد.
3) تغييري كه در حركت جسم به وجود مي آيد.

اندازه گيري نيرو:
قبل از آنكه بخواهيم نيرو را اندازه بگيريم، بهتر است با مفهوم جرم كاملاً آشنا شويم.
شما در دوره ابتدايي ؛ با مفهوم جرم تا حدودي آشنا شده ايد. ما آن را به طور كامل توضيح مي دهيم.


تعريف جرم:

جرم مقدار ماده تشكيل دهنده يك جسم است.


جرم يك جسم به دو عامل بستگي دارد:
1) تعداد ذره هاي سازنده آن ماده

هر چه تعداد ذره هاي سازنده ماده بيش تر باشد، جرم نيز بيش تري است.


2) جرم هر ذره

هر چه جرم هر ذره سازنده بيشتر باشد، جرم نيز بيشتر مي شود.

وسيله اندازه گيري جرم:

ترازو


انواع ترازو:
1) ترازوي دو كفه اي معمولي
2) ترازوي دو كفه اي دقيق آزمايشگاهي
3) ترازوي سه اهرمي : در اين نوع ترازو به جاي قراردادن وزنه براي اندازه گيري جرم، از حركت دادن سه وزنه كه روي سه ميله مدرج قرار گرفته اند. استفاده مي شود.
4) ترازوي آشپزخانه
5) باسكول (براي اندازه گيري جرم اجسام بسيار سنگين)
6) ترازوهاي ديجيتال


واحد اندازه گيري جرم:

1) كيلو گرم (kg)
2) گرم: (g)

براي اندازه گيري جرم هاي كوچك از واحد گرم استفاده مي شود.
نكته: هر يك كيلو گرم ، 1000 گرم است.


3) تُن:

براي اندازه گيري جرم هاي بسيار بزرگ از واحد تن استفاده مي كنيم.(هر يك تن، 1000كيلو گرم است.) واحد هاي اندازه گيري را به راحتي مي توان به يكديگر تبديل كرد.

نكته: اگر بخواهيم كيلو گرم را به گرم تبديل كنيم بايد عدد مورد نظر را در 1000 ضرب كنيم .


مثال: 5 كيلو گرم چند گرم است؟


نكته: اگر بخواهيم گرم را به كيلو گرم تبديل كنيم بايد عدد مورد نظر را بر 1000 تقسيم كنيم.


مثال:500 گرم چند كيلو گرم است؟


نكته: هر چه جرم جسم بيش تر باشد، آن جسم سنگين تر است يعني نيروي جاذبه زمين بر آن بيش تر است.


وزن(W) :

نيروي جاذبه اي است كه از طرف زمين بر جسم وارد مي شود.
واحد اندازه گيري وزن:

نيوتن(N)

وسيله اندازه گيري :

نيروسنج

يك نيوتن مقدار نيرويي است كه از طرف زمين به يك جسم 100 گرمي وارد مي شود.

 

زمين به هر يك كيلوگرم از جرم جسمي نيرويي معادل10 نيوتن وارد مي كند.

در واقع مي توان گفت كه در روي سطح زمين وزن يك جسم(بر حسب نيوتن) از نظر عددي تقريبا ده برابر جرم آن (بر حسب كيلو گرم) است.

 

 


تفاوت جرم و وزن

 

جرم

وزن

تعريف

مقدار ماده تشكيل دهنده يك جسم

نيروي جاذبه اي كه از طرف زمين بر جسم وارد مي شود.

واحداندازه گيري

كيلو گرم

نيوتن

وسيله اندازه گيري

ترازو

نيروسنج

ويژگي

هميشه ثابت است.

تغيير مي كند


نكته: اگر يك فضاپيما به فضاهاي دور دست سفر كند. ممكن است به جايي برسد كه ديگر تقريباً بر آن هيچ نيروي جاذبه اي واد نشود، يعني در حالت بي وزني قرار بگيرد. اما در چنين حالتي اين فضاپيما همچنان جرم دارد و ذرات سازنده آن پابرجا هستند.
جرم يك جسم تا زماني كه ذرات سازنده آن كم يا زياد نشده اند، ثابت مي ماند در حاليكه وقتي جسمي از زمين دور شود وزن آن كم و كمتر مي شود تا جايي كه در فضاهاي دور دست وزن آن تقريبا صفر است يعني در حالت بي وزني قرار دارد.

 


 نيروي جاذبه ماه تقريباً يك ششم كره زمين است.
براي به دست آوردن وزن يك جسم در كره ماه بايد جرم آنرا در يا 6/1 ضرب كنيم.
مثال : جرم جسمي 6 كيلو گرم است . وزن آن در كره زمين و كره ماه چقدر است.


قانون گرانش يا قانون جاذبه عمومي:
هر دو جسمي بر يكديگر نيروي جاذبه وارد مي كنند. هر چه جرم جسم بيشتر باشد، نيروي جاذبه بين آنها بيشتر است.
هر چه فاصله دو جسم از هم بيش تر شود، نيروي جاذبه آنها كم تر مي شود.
به همين دليل است كه با دور شدن فضا پيما از سطح زمين نيروي جاذبه زمين بر روي آنها كاهش مي يابد.

 

 
 
بالا