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.
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 گيرند.
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 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 وارد 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.
اصطکاک چیست؟
هنگامی که دو جسم به هم سایده می شوند
نیروی به وجود می آید که در برابر این ساییدگی
مقاومت می کند ، نام این نیرو اصطکالک است .
اجسامی که دارای سطح صافی هستند کمتر از اجسام
زبر تولید اصطکاک می کنند .
بنابراین هر چه میزان اصطکاک کمتر باشد سرعت حرکت
اجسام هم بیشتر می شود .
به همین دلیل است که چر خهای قطار و ریلهای راه آهن
دارای سطحی صاف هستند .
هنگامی که می خواهیم از سرعت جسمی کم کنیم
باید اصطکاک را افزایش دهیم .
برای مثال با ترمز کردن اصطکاک ایجاد کرد و از سرعت ماشین کاست .
اگر دو جسم به سرعت به هم ساییده شوند،
اصطکاک تولید گرما می کند .
اگر دستهایتان را به هم مالش دهید می توانید گرمایناشی از اصطکاک را احساس کنید .
دو نوع اصطکاک وجود دارد: لغزنده و غلتان .
اصطکاک لغزنده بیشتر از صطکاک غلتان است و به همین دلیل است
که غلتاندن اجسام آسان تر از سُر دادن انها می باشد .
******************************
اصطکاک هم مفید است و هم مضر .
اصطکاک چه ضررهایی دارد؟وجود اصطکاک در
دستگاهای مختلف باعث فرسایش و فرسودگی آنها می شود.
علاوه بر این باعث گرم شدن اجزای دستگاه می شود
ومقادیر بسیار زیادی انرژی هدر می رود .
همچنین وجود اصطکاک باعث فرسودگی چرخ های اتومبیل
هم می شود . روغن کاری قسمتهای برای روغن کاری استفاده
می شود . استفاده از بلبرینگ نیز اصطکاک را کاهش می دهد .
بلبرینگ ها دارای سطح گرد و صاف هستند
و به هنگام تماس با اجزای دیگر روی آنها می غلتند .
**************************************************
اصطکاک چه مرایایی دارد ؟ بدون وجود اصطکاک تغییرات بسیاری در دنیای
به وجود می آمد.
در چنین حالتی ما نمی توانستیم راه برویم، چون کفشهایمان
روی زمین می لغزیدند و ما سر می خوردیم .
بدون اصطکاک اتومبیل ها هم نمی توانستند حرکت کنند
چون چر خها روی زمین سر می خورند و فقط در یک نقطه
می چرخیدند . هیچ میخ و پیچی به طور ثابت روی دیوار ها
باقی نمی ماند . حتی در دست گرفتن اشیا نیز کار دشواری
بود و در دست گرفتن قلم و نوشتن هم به سختی صورت می
گرفت . بدون اصطکاک هیچ ساختمانی بنا نمی شود
زیرا هیچ آجری به آجر دیگری نمی چسبید .
اصطکاک در تغییرات آب و هوایی هم تأثیر می گذارد .
بدون اصطکاک سرعت وزش بادها بسیار زیاد می شد
چرا که سرعت ملکولهای هوا هنگام تماس با سطح زمین
تنها به دلیل اصطکاک کم می شود.
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:
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.
تاثیر اصطکاک بر حرکت و سرعت اجسام در حال حرکت