وقتی جسمی را فشار می دهیم، می کشیم، لگد می زنیم، بلند می کنیم، پرتاب می کنیم، تلنگر می زنیم، می زنیم، می گیریم، فشار می دهیم، فشار می دهیم، باد می کنیم، باز می کنیم و می بندیم، می گوییم نیرویی به جسم وارد شده است. این اقدامات چیزی جز اعمال زور نیست. روش اعمال نیرو هر چه باشد، آنها فقط دو نوع هستند:
عامل خارجی که در جسم ایجاد حرکت می کند یا وضعیت موجود حرکت را در جسم تغییر می دهد نیرو نامیده می شود.
نمونه هایی از فشار
- در را فشار می دهیم تا بسته شود یا باز شود
- ما یک چرخ دستی را در یک فروشگاه هل می دهیم
- جعبه ای را در سراسر اتاق فشار می دهیم
نمونه هایی از کشش
- یک سطل آب را بلند می کنیم
- در یخچال را می کشیم تا باز شود
- یک صندلی می کشیم تا بنشینیم
ما از زور برای راه رفتن، بلند کردن هر شی، پرتاب هر چیزی، حرکت دادن یک جسم از جایش و غیره استفاده می کنیم. به طور خلاصه، در هر فعالیتی که انجام می دهیم نیرو وجود دارد. با اعمال نیرو معمولاً هر چیزی را در حرکت یا در حالت استراحت قرار می دهیم اما نه همیشه. به عنوان مثال، اگر به دیواری نیرو وارد کنیم، دیوار حرکت نمی کند.
نقطه ای از جسم که در آن نیرو وارد می شود، نقطه اعمال نیرو نامیده می شود.
خطی که از نقطه اعمال نیرو در جهت نیرو کشیده می شود، خط عمل نیرو نامیده می شود.
اثرات زور
نیرو تأثیرات زیادی بر روی اجسامی که بر آنها اعمال می شود دارد. نیرو را می توان با تأثیرات مختلفی که می تواند روی جسمی که روی آن اعمال می شود ایجاد کند قضاوت کرد.
- نیرو باعث حرکت می شود - نیرو می تواند یک جسم ساکن را به حرکت درآورد به شرطی که نیروی دیگری مانع حرکت نباشد. این بدان معنی است که وقتی مقدار کافی نیرو به یک جسم غیر متحرک وارد می شود، جسم شروع به حرکت در جهت نیرو می کند. تغییر در موقعیت جسم را حرکت می گویند. به عنوان مثال، هنگامی که هر ماشین اسباب‌بازی را هل می‌دهیم، حرکت می‌کند، یا جعبه‌ای که روی زمین افتاده است را می‌توان با فشار دادن آن که با اعمال نیرو به آن است، حرکت داد. بنابراین، هنگامی که نیرو وارد می شود، یک جسم ساکن حرکت می کند یا نیرو موقعیت یک جسم ساکن را تغییر می دهد.
- نیرو سرعت را تغییر می دهد - سرعت بدن متحرک را می توان با اعمال نیرو به آن تغییر داد - با وارد کردن نیرو به پدال گاز می توان سرعت ماشین در حال حرکت را افزایش داد و با ترمز کردن می توان سرعت را کاهش داد یا در نهایت متوقف کرد. ماشین در حال حرکت وقتی نیرویی را در همان جهت حرکت اعمال می کنیم، سرعت افزایش می یابد. وقتی نیرویی را در جهت مخالف حرکت اعمال می کنیم، سرعت کاهش می یابد.
- حرکت اجباری توقف - این بدان معناست که وقتی نیرویی در جهت مخالف حرکت اعمال می کنیم، می تواند یک جسم متحرک را در حالت استراحت قرار دهد. به عنوان مثال، یک ماشین در حال حرکت را می توان با ترمز کردن روی آن متوقف کرد. وقتی سعی می کنیم توپی را که به سمت ما پرتاب می شود با نیرویی بیشتر از نیرویی که می آید نگه داریم، متوقف می شود.
- نیرو جهت را تغییر می دهد - هنگامی که نیرویی با زاویه به جسم متحرک وارد می شود، جهت جسم متحرک را تغییر می دهد. به عنوان مثال، در یک بازی تنیس، وقتی بازیکنی توپ را به بازیکن طرف مقابل می زند، نیروی وارد شده به توپ جهت آن را تغییر می دهد. یک خودروی متحرک زمانی که به فرمان آن نیرو وارد می شود جهت خود را تغییر می دهد تا آن را بچرخاند. در یک بازی فوتبال، بازیکنان جهت حرکت فوتبال را با ضربه ای زاویه دار با پای خود به توپ تغییر می دهند.
- نیرو شکل را تغییر می دهد - وقتی نیرو به یک جسم وارد می شود شکل و اندازه آن تغییر می کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک بالون باد شده فشار داده می شود، نیروی وارد شده شکل آن را تغییر می دهد. هنگامی که یک قطعه سنگ جامد چکش می خورد، نیرویی که توسط چکش وارد می شود، شکل آن را تغییر می دهد و مجسمه ای می سازد. وقتی یک بطری پلاستیکی آب را فشار می دهیم، نیرویی که وارد می شود شکل و اندازه آن را تغییر می دهد.
ویژگی های نیرو
- نیرو ناشی از تعامل حداقل دو جسم است
- ممکن است حالت حرکت یک جسم را تغییر دهد
- ممکن است شکل یک شی را تغییر دهد
- نیروهایی که در یک جهت به یک جسم وارد می شوند به یکدیگر اضافه می شوند و نتیجه یک جهت است
- هنگامی که نیروها به جسمی در جهت مخالف وارد می شوند، نیروی حاصل یا خالص آنها تفاوت بین این نیروهای متضاد است و جهت حاصل از آن با نیروی بزرگتر یکسان است.
- اگر دو نیروی وارد بر جسم از نظر قدر مساوی اما در جهت مخالف باشند، نیروی خالص وارد بر جسم صفر است.
- این یک کمیت برداری است، بنابراین باید با دادن مقدار و جهت آن مشخص شود.
- اگر قدر یا جهت یا هر دو تغییر کند، اثر نیرو نیز تغییر می کند.
انواع نیروها:
- نیروهای متعادل در مقابل نیروهای نامتعادل
- نیروهای وارد بر یک جسم می توانند متعادل یا نامتعادل باشند.
- نیروهای متعادل
نیروهای متوازن نیروهایی هستند که در آنها نتیجه نیروهای اعمال شده برابر با صفر باشد. آنها هیچ تغییری در حالت جسمی که بر آن اعمال می شود ایجاد نمی کنند، یعنی جسمی که در آن نیرو وارد می شود، حالت از حرکت به حالت سکون یا برعکس تغییر نمی کند، اما نیروهای متعادل می توانند شکل و اندازه یک جسم را تغییر دهند. هدف - شی. نیروهای متوازن از نظر قدر مساوی اما در جهت مخالف هستند. نیروهای متعادل در حالت تعادل در نظر گرفته می شوند.
مثلاً در کشتی بازو که برنده ای وجود ندارد، نیروی اعمال شده توسط هر فرد برابر است، اما آنها در جهت مخالف فشار می آورند. نیروی حاصل (نیروی خالص) صفر است. یا در طناب کشی، اگر حرکتی در طناب وجود نداشته باشد، دو تیم در حال اعمال نیروهای مساوی اما متضاد هستند که متعادل هستند. باز هم نیروی حاصل (نیروی خالص) صفر است.
وقتی نیروها متعادل می شوند، تغییر جهت ایجاد نمی شود.
- نیروهای ترکیبی که متعادل هستند همیشه برابر با صفر هستند.
- نیروهای متعادل نمی توانند حرکت یا جهت یک جسم را تغییر دهند.
- یک نیروی متوازن باعث می شود یک جسم با سرعت ثابت حرکت کند
کتاب روی میز نمونه ای از یک نیروی متعادل است. نیروی وزن کتاب با نیروی معمولی (نیروی پشتیبانی) جدول خنثی می شود. این دو نیرو کاملاً برابر و متضاد هستند.
نمونه ای از نیروی متعادل که جسم را با سرعت ثابت در حال حرکت نگه می دارد، کروز کنترل روی خودرو است که تلاش می کند نیروهای اصطکاک را با نیروی رو به جلو برابر کند. هنگامی که سرعت ثابت به دست آمد، دو مجموعه نیرو کاملاً برابر و مخالف هستند.
نیروهای نامتعادل
برخلاف نیروهای متوازن، نیروهای نامتعادل آنهایی هستند که نیروی اعمالی حاصل از آن بزرگتر از صفر است. نیروهای وارد بر جسم برابر نیستند و همیشه باعث می شوند که حرکت یک جسم سرعت و یا جهت حرکت آن را تغییر دهد.
هنگامی که دو نیروی نامتعادل در جهت مخالف اعمال می شوند، نیروی ترکیبی آنها برابر است با اختلاف بین دو نیرو. مقدار و جهت نیروی خالص بر حرکت حاصل تأثیر می گذارد. این نیروی ترکیبی در جهت نیروی بزرگتر اعمال می شود. به عنوان مثال، اگر در یک طناب کشی، یک تیم محکم تر از دیگری بکشد، عمل حاصل (نیروی خالص) به این صورت خواهد بود که طناب حرکت خود را در جهت نیرو با قدرت / بزرگی بیشتر تغییر می دهد.
هنگامی که نیروهای نامتعادل در یک جهت اعمال شوند، نیروی حاصله (نیروی خالص) مجموع نیروها در جهت اعمال نیروها خواهد بود. به عنوان مثال، اگر دو نفر به طور همزمان جسمی را در یک جهت بکشند، نیروی وارد شده به جسم حاصل نیروهای ترکیبی آنها خواهد بود.
وقتی نیروها در یک جهت عمل می کنند، نیروهای آنها اضافه می شود. وقتی نیروها در جهت مخالف عمل می کنند، نیروهای آنها از یکدیگر کم می شود.
نیروهای نامتعادل همچنین باعث می شوند که یک جسم غیر متحرک حرکت خود را تغییر دهد
اگر نیروی خالصی بر جسم وارد نشود، حرکت تغییر نمی کند. اگر نیروی خالصی بر جسم وارد شود، سرعت جسم در جهت نیروی خالص تغییر می کند.
نیروهای تماسی در مقابل نیروهای غیر تماسی
بسته به تعامل بین یک نیرو و یک جسم، نیروها به عنوان نیروهای تماسی و غیر تماسی طبقه بندی می شوند.
نیروهای تماسی: نیرویی که فقط در تماس با جسم قابل اعمال باشد، نیروی تماسی نامیده می شود. تمام نیروهای مکانیکی نیروهای تماسی هستند به عنوان مثال نیروی عضلانی و نیروی اصطکاک.
انواع نیروهای تماسی:
- نیروی اعمالی – نیرویی که به عمل عضلات وارد می شود، نیروی اعمالی نامیده می شود. به آن نیروی عضلانی نیز می گویند. ما نیروی عضلانی را در طول کارهای روزمره زندگی خود مانند تنفس، هضم غذا، بلند کردن سطل، کشیدن یا هل دادن جسمی اعمال می کنیم.
- نیروی عادی - نیروی برهمکنش تماسی بین سطوح است. همیشه عمود بر سطوح و خارج از سطح عمل می کند.
- نیروی اصطکاک - هنگامی که دو جسم روی هم می لغزند، به یکدیگر ساییده و فشار می آورند. به این نیروی فشاری، نیروی اصطکاکی می گویند. برای مثال، روشن کردن یک چوب کبریت یا متوقف کردن یک توپ متحرک تحت نیروی اصطکاک قرار می گیرد.
- نیروی کششی - نیروی اعمالی که در آن نیرو از طریق یک ریسمان، کابل، طناب و غیره اعمال می شود. نیروی کششی فقط می تواند بکشد، نمی تواند فشار بیاورد. ما معمولاً فرض می کنیم که کشش در کابل در همه جای کابل یکسان است.
- نیروی مقاومت هوا - این نوع خاصی از نیروی اصطکاک است که بر روی اجسام هنگام حرکت در هوا تأثیر می گذارد. نیروی مقاومت هوا اغلب برای مخالفت با حرکت یک جسم مشاهده می شود. این نیرو معمولاً به دلیل بزرگی ناچیز آن نادیده گرفته می شود. برای اجسامی که با سرعت بالا حرکت می کنند (مثلاً یک چترباز یا یک اسکی باز در سراشیبی) بیشتر قابل توجه است.
- نیروی فنر - نیرویی که توسط یک فنر فشرده یا کشیده اعمال می شود "نیروی فنر" است. نیروی ایجاد شده بسته به نحوه اتصال فنر می تواند یک فشار یا کشش باشد.
نیروهای غیر تماسی: نیرویی که می تواند بدون تماس با دو جسم اعمال شود، نیروی غیر تماسی نامیده می شود، مانند نیروی مغناطیسی، نیروی الکترواستاتیک، نیروی گرانشی.
انواع نیروهای غیر تماسی
- نیروی گرانشی نیرویی است که سعی می کند دو جسم را به سمت یکدیگر بکشد. هر چیزی که جرم دارد، کشش گرانشی نیز دارد. هرچه جرم یک جسم بیشتر باشد، کشش گرانشی آن قوی تر است. گرانش زمین چیزی است که شما را روی زمین نگه می دارد و باعث سقوط اجسام می شود. قطرات آب که از آسمان به پایین می ریزند نمونه ای از نیروی گرانش است. سقوط سیب از درخت بهترین و محبوب ترین نمونه نیروی غیر تماسی است.
- نیروی مغناطیسی نیرویی است که توسط آهنربا بر اجسام مغناطیسی وارد می شود. آنها بدون هیچ گونه تماسی بین دو جسم وجود دارند. به عنوان مثال، پین های آهنی در مجاورت آهنربا بدون هیچ گونه تماس فیزیکی جذب می شوند.
- نیروی الکترواستاتیک نیرویی است که توسط تمام اجسام دارای بار الکتریکی بر سایر اجسام باردار وارد می شود. بر اساس بار بدن می تواند هم جذاب و هم دافعه باشد. مثلا شارژ شدن مو و جذب تکه های کاغذ به سمت آن.
- نیروی هسته ای نیرویی است که اتم ها و ذرات آنها را در کنار هم نگه می دارد.
درست نیروی
- ناحیه یا فضایی که در آن نیروهای غیر تماسی مانند نیروی مغناطیسی، نیروی گرانشی و نیروی الکترواستاتیکی وارد می شوند، میدان نیرو نامیده می شود.
- ناحیه اطراف آهنربا، جایی که یک ماده مغناطیسی نیرو را تجربه می کند، میدان مغناطیسی نامیده می شود.
- ناحیه احاطه کننده بار الکتریکی، جایی که یک ماده الکتریکی نیرو را تجربه می کند، میدان الکتریکی نامیده می شود.
- بنابراین میدان نیرو حوزه نفوذ نیروهای غیر تماسی است.
نیرو = جرم × شتاب
شتاب - تغییر در سرعت یک جسم را شتاب می گویند. هنگامی که یک جسم سرعت می گیرد، شتاب آن مثبت است. وقتی سرعت از دست می رود، شتاب منفی است.
جرم - هر جسم از ماده تشکیل شده است. هر چه یک جسم ماده بیشتری داشته باشد، بزرگتر و جرم آن بیشتر است.
طبق قانون دوم حرکت نیوتن، جسمی با جرم معین را فشار دهید و بر اساس مقدار نیرو و جرم شتاب می گیرد. نیروی کوچک با جرم زیاد باعث شتاب آهسته و نیروی بزرگ با جرم کوچک شتاب سریع می شود. این بدان معناست که نیروی صفر بر هر جرمی شتاب صفر می دهد. اگر جسم ثابت باشد، ثابت می ماند. اگر در حال حرکت باشد، با همان سرعت و جهت به حرکت خود ادامه می دهد.
