پايگاه علم و دانش  

نيرو

به كشش و رانش اجسام نيرو نيرو

به كشش و رانش اجسام نيرو مي گوييم. گاهي جسمي را از پايين به بالا مي بريم يا آن را به طرف خود مي كشيم و يا از خود مي رانيم در اين عمل ما به جسم نيرو وارد كرده ايم. نيرو مي تواند عامل حركت يا توقف يك جسم شود و گاهي جهت حركت جسم را تغيير مي دهد. حتي مي تواند شكل جسم را عوض كند. به عبارت ديگر نيرو تأثير دو جسم بر يكديگر است كه ممكن است ناشي از تماس دو جسم باشد و يا دو جسم از راه دور بر يكديگر نيرو وارد كنند.

 تماس دو جسم مانند خرد كردن يك گچ زير پا. نزديك كردن قطب هاي آهنربا به يك جسم آهني وارد كردن نيرو بدون تماس و از راه دور است. نيرور را با وسيله اي به نام نيروسنج اندازه گيري مي كنند و يكاي اندازه گيري نيرو در SI نيوتن مي باشد كه با حرف Nنشان داده مي شود.

انواع نيرو :

گرانش – تكيه گاه – اصطكاك – الكتريكي – مغناطيسي

نيروي گرانش:

جرم مقدار ماده تشكيل دهنده هر جسم است. جرم يك جسم به ما مي گويد كه چه مقدار از آن جسم وجود دارد اگر دو قوطي كاملاً يكسان داشته باشيم كه در يكي سنگ ريخته باشيم و ديگري خالي باشد، براي كشيدن اين قوطي ها نيروي متفاوتي به كار مي بريم در اين حالت مي گوييم قوطي تمايلي به حركت ندارد به اين بي ميلي به حركت و تمايل به حفظ حالت قبلي اينرسي مي گويند. معمولاً اين نيرو آنقدر كوچك است كه آن را حس نمي كنيم اين نيرو در جرم هاي بزرگ مثل زمين بسيار بزرگ است شما به سمت زمين جذب مي شويد و زمين هم به سمت شما جذب مي شود. اگر به هوا بپريد شما و زمين همديگر را با نيروي مساوي جذب مي كنيد اما زمين به سبب جرم بيشتري كه دارد نسبت به حركت بي ميل تر است بنابراين به نظر مي رسد زمين به طرف شما كشيده نمي شود. به مقدار نيرويي كه جسم را به سوي زمين مي كشد وزن آن جسم مي گويند.

نيروي گرانش به جرم و فاصله اجسام بستگي دارد هر چه جرم دو جسم بيشتر و فاصله بين آنها كمتر باشد، نيروي گرانش بين آنها بيشتر است. پس اگر از سطح زمين بالا برويم، نيروي گرانش كمتر مي شود. در خارج از جو اجسام بي وزن مي شوند. ولي با اين وجود داراي جرم مي باشند.

نكته: زمين به جسمي به جرم 1 كيلوگرم نيرويي برابر 8/9 نيوتن وارد مي كند بنابراين وزن اين جسم 8/9 نيوتن است.

مركز جرم:

در هر جسمي نقطه اي وجود دارد كه مي توان تصور كرد كه همه ي جرم جسم در آن نقطه قرار دارد. محل قرارگيري اين نقطه بر پايداري جسم اثر مي گذارد. اگر جسم شكل هندسي منظمي داشته باشد مركز جرم جسم در مركز هندسي آن قرار دارد مثلاً مركز جرم يك كره در مركز آن قرار دارد.

مركز جرم برخي اجسام در خارج آنها است مثلاً مركز جرم بومرنگ در داخلش نيست شما نمي توانيد بومرنگ را در يك نقطه بر روي تكيه گاهي قرار دهيد اما بومرنگ به گونه اي عمل مي كند كه گويي تمام جرم آن در يك نقطه متمركز شده هنگامي كه بومرنگ مي چرخد در واقع به دور مركز جرمش گردش مي كند.

نيروي عمودي تكيه گاه:

جسمي را در نظر بگيريد كه روي سطح ميزي به حال سكون است در اين حالت نيروي وزن جسم آن را به سوي پايين مي كشد چون جسم ساكن است جمع نيروي وارد به آن صفر است در نتيجه بايد نيرويي برابر وزن جسم، اما در خلاف جهت به آن وارد شود اين نيرو توسط ميز به جسم وارد مي شود كه نيروي تكيه گاه نام دارد.

وقتي جسمي مثل يك كشتي روي سطح آب قرار مي گيرد باعث فرو رفتن سطح آب مي شود. ولي سطح آب مانع فرورفتن كشتي مي شود، زيرا نيرويي به آن به طرف بالا وارد مي كند. به نيروي تكيه گاهي كه مايع به اجسام وارد مي كند نيروي ارشميدس مي گويند.

هنگامي كه به درون وان حمام مي رويد، سطح آب افزايش مي يابد شما مقداري از آب را جابجا مي كنيد. حجم آب جابجا شده به اندازه حجم شماست در اين حالت وزن شما كمتر از زماني است كه در خارج آب قرار داريد اگر مقدار  آب جابجا شده را وزن كنيد در مي يابيد وزن آن با وزن كاهش يافته شده برابر است.

هر مايع يا گاز ديگري (هر سيالي) به همين گونه رفتار مي كند.

نيروي اصطكاك:

در تجربه ها ديده ايد كه اگر جسم سنگيني را روي سطح افقي ساكن باشد، براي به حركت درآوردن آن بايد نيروي بزرگي به آن وارد كنيد و اگر نيروي كوچكي به آن وارد كنيد جسم حركت نمي كند يا اگر دست از كشيدن يا هل دادن جسم متحرك بكشيد، سرعت جسم كم مي شود و پس از مدتي مي ايستد. با توجه به اينكه نيرو عامل تغيير است، در تمام موارد ياد شده بايد نيرويي در خلاف جهت حركت به جسم وارد شده باشد اين نيرو اصطكاك نام دارد. نيروي اصطكاك در دو حالت وجود دارد:

1- جسم نسبت به سطحي كه بر آن قرار دارد، كشيده شده ولي ساكن است اين حالت نيروي اصطكاك را ايستايي مي گويند.

2-   جسم نسبت به سطحي كه بر آن قرار دارد، در حركت باشد در اين اين حالت نيروي اصطكاك را جنبشي گوييم.

براي اندازه گيري اصطكاك جسم را با سرعت ثابت به وسيله نيروسنج بر روي سطح مي كشيم در اين حالت عددي كه نيروسنج نشان مي دهد نيروي اصطكاك است.

نيروي الكتريكي:

نيروهاي ربايش و رانش كه بارهاي الكتريكي بر هم وارد مي كنند را نيروي الكتريكي مي گويند در اثر اين نيروهاست كه موهاي شما به شانه پلاستيكي مي چسبد.

در مورد بارهاي الكتريكي مي توان گفت كه بارهاي هم نام يكديگر را دفع و بر هم نيروي رانش وارد مي كنند و بارهاي ناهم نام يكديگر را جذب و بر هم نيروي ربايش وارد مي كنند.

هنگامي كه ميله پلاستيكي و پارچه پشمي را به يكديگر مالش مي دهيم، تعدادي از الكترونها از يك جسم جدا شده وارد جسم ديگر مي شوند. در حالي كه قبل از مالش هر يك از دو جسم، داراي مقدار مساوي پروتون (در هسته) و الكترون (به دور هسته) هستند. به علت مالش دادن دو جسم، توازن الكتروني هر دو به هم مي خورد. جسمي كه الكترون از دست داده، مقدار پروتون هايش بيشتر از الكترون هايش مي شود در نتيجه داراي بار الكتريكي مثبت مي گردد. جسم دوم كه الكترون دريافت كرده است مقدار الكترون هايش بيشتر از پروتون هايش شده و بار الكتركي آن منفي مي شود. بنابراين در هنگام مالش دو جسم با هم بار الكتريكي بوجود نمي آيد بلكه با انتقال الكترون از يك جسم به جسم ديگر، بار الكتريكي جابجا مي شود.

نيروي مغناطيسي:

نيروي مغناطيسي نيرويي است كه بر مواد مغناطيسي (آهن، نيكل، كبالت) و جريان هاي الكتريكي (مثلاً در موتورهاي الكتريكي) اثر مي كند.

در هر آهن ربا دو قطب وجود دارد كه يكي قطب N (شمال) و ديگري قطب S (جنوب) مي باشد. اثر قطب هاي آهن ربا بر يكديگر مانند اثر بارهاي الكتريكي بر يكديگر است. يعني قطب هاي هم نام يكديگر را مي رانند و قطب هاي نا همنام يكديگر را مي ربايند. اساس كار قطب نما، موتورهاي الكتريكي، ژنراتورها و ترانسفورماتورها، نيروي معناطيسي مي باشد. در درهاي يخچال، جامدادي و .... از خاصيت مغناطيسي استفاده مي شود.

نكته 1: جهت نيروي مغناطيسي به هر جهت مي تواند باشد.                             

نكته2: دو آهنربا حتي در خلاء بر يكديگر نيرو وارد مي كنند. زمين نيز خود يك آهنرباي عظيم است.

مي گوييم. گاهي جسمي را از پايين به بالا مي بريم يا آن را به طرف خود مي كشيم و يا از خود مي رانيم در اين عمل ما به جسم نيرو وارد كرده ايم. نيرو مي تواند عامل حركت يا توقف يك جسم شود و گاهي جهت حركت جسم را تغيير مي دهد. حتي مي تواند شكل جسم را عوض كند. به عبارت ديگر نيرو تأثير دو جسم بر يكديگر است كه ممكن است ناشي از تماس دو جسم باشد و يا دو جسم از راه دور بر يكديگر نيرو وارد كنند.

 تماس دو جسم مانند خرد كردن يك گچ زير پا. نزديك كردن قطب هاي آهنربا به يك جسم آهني وارد كردن نيرو بدون تماس و از راه دور است. نيرور را با وسيله اي به نام نيروسنج اندازه گيري مي كنند و يكاي اندازه گيري نيرو در SI نيوتن مي باشد كه با حرف Nنشان داده مي شود.

انواع نيرو :

گرانش – تكيه گاه – اصطكاك – الكتريكي – مغناطيسي

نيروي گرانش:

جرم مقدار ماده تشكيل دهنده هر جسم است. جرم يك جسم به ما مي گويد كه چه مقدار از آن جسم وجود دارد اگر دو قوطي كاملاً يكسان داشته باشيم كه در يكي سنگ ريخته باشيم و ديگري خالي باشد، براي كشيدن اين قوطي ها نيروي متفاوتي به كار مي بريم در اين حالت مي گوييم قوطي تمايلي به حركت ندارد به اين بي ميلي به حركت و تمايل به حفظ حالت قبلي اينرسي مي گويند. معمولاً اين نيرو آنقدر كوچك است كه آن را حس نمي كنيم اين نيرو در جرم هاي بزرگ مثل زمين بسيار بزرگ است شما به سمت زمين جذب مي شويد و زمين هم به سمت شما جذب مي شود. اگر به هوا بپريد شما و زمين همديگر را با نيروي مساوي جذب مي كنيد اما زمين به سبب جرم بيشتري كه دارد نسبت به حركت بي ميل تر است بنابراين به نظر مي رسد زمين به طرف شما كشيده نمي شود. به مقدار نيرويي كه جسم را به سوي زمين مي كشد وزن آن جسم مي گويند.

نيروي گرانش به جرم و فاصله اجسام بستگي دارد هر چه جرم دو جسم بيشتر و فاصله بين آنها كمتر باشد، نيروي گرانش بين آنها بيشتر است. پس اگر از سطح زمين بالا برويم، نيروي گرانش كمتر مي شود. در خارج از جو اجسام بي وزن مي شوند. ولي با اين وجود داراي جرم مي باشند.

نكته: زمين به جسمي به جرم 1 كيلوگرم نيرويي برابر 8/9 نيوتن وارد مي كند بنابراين وزن اين جسم 8/9 نيوتن است.

مركز جرم:

در هر جسمي نقطه اي وجود دارد كه مي توان تصور كرد كه همه ي جرم جسم در آن نقطه قرار دارد. محل قرارگيري اين نقطه بر پايداري جسم اثر مي گذارد. اگر جسم شكل هندسي منظمي داشته باشد مركز جرم جسم در مركز هندسي آن قرار دارد مثلاً مركز جرم يك كره در مركز آن قرار دارد.

مركز جرم برخي اجسام در خارج آنها است مثلاً مركز جرم بومرنگ در داخلش نيست شما نمي توانيد بومرنگ را در يك نقطه بر روي تكيه گاهي قرار دهيد اما بومرنگ به گونه اي عمل مي كند كه گويي تمام جرم آن در يك نقطه متمركز شده هنگامي كه بومرنگ مي چرخد در واقع به دور مركز جرمش گردش مي كند.

نيروي عمودي تكيه گاه:

جسمي را در نظر بگيريد كه روي سطح ميزي به حال سكون است در اين حالت نيروي وزن جسم آن را به سوي پايين مي كشد چون جسم ساكن است جمع نيروي وارد به آن صفر است در نتيجه بايد نيرويي برابر وزن جسم، اما در خلاف جهت به آن وارد شود اين نيرو توسط ميز به جسم وارد مي شود كه نيروي تكيه گاه نام دارد.

وقتي جسمي مثل يك كشتي روي سطح آب قرار مي گيرد باعث فرو رفتن سطح آب مي شود. ولي سطح آب مانع فرورفتن كشتي مي شود، زيرا نيرويي به آن به طرف بالا وارد مي كند. به نيروي تكيه گاهي كه مايع به اجسام وارد مي كند نيروي ارشميدس مي گويند.

هنگامي كه به درون وان حمام مي رويد، سطح آب افزايش مي يابد شما مقداري از آب را جابجا مي كنيد. حجم آب جابجا شده به اندازه حجم شماست در اين حالت وزن شما كمتر از زماني است كه در خارج آب قرار داريد اگر مقدار  آب جابجا شده را وزن كنيد در مي يابيد وزن آن با وزن كاهش يافته شده برابر است.

هر مايع يا گاز ديگري (هر سيالي) به همين گونه رفتار مي كند.

نيروي اصطكاك:

در تجربه ها ديده ايد كه اگر جسم سنگيني را روي سطح افقي ساكن باشد، براي به حركت درآوردن آن بايد نيروي بزرگي به آن وارد كنيد و اگر نيروي كوچكي به آن وارد كنيد جسم حركت نمي كند يا اگر دست از كشيدن يا هل دادن جسم متحرك بكشيد، سرعت جسم كم مي شود و پس از مدتي مي ايستد. با توجه به اينكه نيرو عامل تغيير است، در تمام موارد ياد شده بايد نيرويي در خلاف جهت حركت به جسم وارد شده باشد اين نيرو اصطكاك نام دارد. نيروي اصطكاك در دو حالت وجود دارد:

1- جسم نسبت به سطحي كه بر آن قرار دارد، كشيده شده ولي ساكن است اين حالت نيروي اصطكاك را ايستايي مي گويند.

2-   جسم نسبت به سطحي كه بر آن قرار دارد، در حركت باشد در اين اين حالت نيروي اصطكاك را جنبشي گوييم.

براي اندازه گيري اصطكاك جسم را با سرعت ثابت به وسيله نيروسنج بر روي سطح مي كشيم در اين حالت عددي كه نيروسنج نشان مي دهد نيروي اصطكاك است.

نيروي الكتريكي:

نيروهاي ربايش و رانش كه بارهاي الكتريكي بر هم وارد مي كنند را نيروي الكتريكي مي گويند در اثر اين نيروهاست كه موهاي شما به شانه پلاستيكي مي چسبد.

در مورد بارهاي الكتريكي مي توان گفت كه بارهاي هم نام يكديگر را دفع و بر هم نيروي رانش وارد مي كنند و بارهاي ناهم نام يكديگر را جذب و بر هم نيروي ربايش وارد مي كنند.

هنگامي كه ميله پلاستيكي و پارچه پشمي را به يكديگر مالش مي دهيم، تعدادي از الكترونها از يك جسم جدا شده وارد جسم ديگر مي شوند. در حالي كه قبل از مالش هر يك از دو جسم، داراي مقدار مساوي پروتون (در هسته) و الكترون (به دور هسته) هستند. به علت مالش دادن دو جسم، توازن الكتروني هر دو به هم مي خورد. جسمي كه الكترون از دست داده، مقدار پروتون هايش بيشتر از الكترون هايش مي شود در نتيجه داراي بار الكتريكي مثبت مي گردد. جسم دوم كه الكترون دريافت كرده است مقدار الكترون هايش بيشتر از پروتون هايش شده و بار الكتركي آن منفي مي شود. بنابراين در هنگام مالش دو جسم با هم بار الكتريكي بوجود نمي آيد بلكه با انتقال الكترون از يك جسم به جسم ديگر، بار الكتريكي جابجا مي شود.

نيروي مغناطيسي:

نيروي مغناطيسي نيرويي است كه بر مواد مغناطيسي (آهن، نيكل، كبالت) و جريان هاي الكتريكي (مثلاً در موتورهاي الكتريكي) اثر مي كند.

در هر آهن ربا دو قطب وجود دارد كه يكي قطب N (شمال) و ديگري قطب S (جنوب) مي باشد. اثر قطب هاي آهن ربا بر يكديگر مانند اثر بارهاي الكتريكي بر يكديگر است. يعني قطب هاي هم نام يكديگر را مي رانند و قطب هاي نا همنام يكديگر را مي ربايند. اساس كار قطب نما، موتورهاي الكتريكي، ژنراتورها و ترانسفورماتورها، نيروي معناطيسي مي باشد. در درهاي يخچال، جامدادي و .... از خاصيت مغناطيسي استفاده مي شود.

نكته 1: جهت نيروي مغناطيسي به هر جهت مي تواند باشد.                             

نكته2: دو آهنربا حتي در خلاء بر يكديگر نيرو وارد مي كنند. زمين نيز خود يك آهنرباي عظيم است.