قاعده تعادل

قاعده ی تعادل در فیزیک چیست ؟ » اگر نخی را دور بسته ی شکری 2 پوندی ببندید و آن را به ترازویی بی وزن آویزان کنید ، ترازو پایین می آید تا 2 پوند را نشان دهد . فنر کشیده شده تحت تأثیر نیروی کششی موسوم به کشش قرار دارد . همین ترازو در آزمایشگاه علوم ( فیزیک ) احتمالاً طوری مدرج شده است که همین نیرو را 9N نشان دهد . هم پوند و هم نیوتون یکای وزن اند که بدین ترتیب یکای نیرو نیز هستند . بسته ی شکر با نیروی گرانشی 2 پوند - یا هم ارز آن ، 9 نیوتون - جذب زمین می شود . اگر دوبرابر این مقدار شکر را از ترازو بیاویزید ، قرائت آن 18 نیوتون می شود . 

توجه کنید که دو نیرو بر بسته ی شکر وارد می شود - نیروی کشش بالاسو و نیروی وزن پایین سو . دو نیروی وارد بر بسته مساوی و در جهت مخالف اند و اثر یکدیگر را خنثی می سازند . در نتیجه بسته ساکن باقی می ماند . طبق قانون اول نیوتون ، هیچ نیروی خالصی بر بسته وارد نمی شود . می توان از زاویه ی دیگری قانون اول نیوتون را دید که تعادل مکانیکی است .

وقتی نیروی خالص وارد بر جسمی صفر است ، می گوییم آن جسم در تعادل مکانیکی است ( در ادامه ی مطالب سایت خواهیم دید ، که شرط دیگر تعادل مکانیکی آن است که گشتاور خالص برابر 0 باشد ) . با نماد گذاری ریاضی ، قاعده ی تعادل عبارت است از :

نماد نشانه ی جمع برداری است و F نیرو ها را نشان می دهد .

برای جسم آویزان در حال سکون ، مثل بسته ی شکر ، این قاعده بیان می کند که نیرو های بالاسوی وارد بر جسم باید با نیرو های پایین سویی که بر جسم وارد می شوند متوازن شده باشند تا جمع برداری صفر شود . ( در کمیت های برداری جهت در نظر گرفته می شود ، بنابراین اگر نیرو های بالاسو + باشند ، نیرو های پایین سو - می شوند ، و هنگام جمع زدن در واقع از هم کم می شوند. )

نظر شما در مورد این مقاله چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

قانون اول حرکت نیوتون

قانون اول حرکت نیوتون » گالیله با بیان این مطلب که ، در نبود نیرو ، حرکت جسم متحرک استمرار می یابد ، این نظر ارسطو را که جسم متحرک باید با نیروی ثابت به پیش رانده شود کاملاً دگرگون ساخت . گالیله این مقاومت اجسام در برابر تغییر حرکت را لختی نامید . نیوتون نظر گالیله را بهبود بخشید و آن را به صورت قانون اول خود درآورد ، که نام قانون لختی شایسته ی آن است . جمله ی زیر از پرینکیپیای نیوتون ( که از زبان اصلی لاتین ترجمه شده ) برگرفته شده است :

حالت سکون یا حرکت یکنواخت در خط راست هر جسم تداوم می یابد ، مگر آنکه تحت تأثیر نیرو هایی که بر آن وارد می شود مجبور به تغییر آن حالت شود .

واژه ی مهم در قانون لختی « تداوم می یابد » است : هر جسم کاری را که در حال انجام دادن است ادامه می دهد مگر آن که نیرویی بر آن وارد شود . اگر در حال سکون باشد ، به حالت سکون خود ادامه می دهد . 

این موضوع وقتی به خوبی نشان داده می شود که یک رومیزی ماهرانه و سریع از زیر بشقاب های موجود روی میزی کشیده شود و بشقاب ها در حالت اولیه ی خود باقی بمانند ! این ویژگی مقاومت اجسام در برابر تغییر حرکت را لختی می نامند .

اگر جسمی در حرکت باشد ، بدون چرخش یا تغییر سرعت به حرکت خود ادامه می دهد . این موضوع در کاوشگر های فضایی نمایان است که دائماً در فضای خارج جوّ حرکت می کنند . تغییرات حرکت باید برخلاف تمایل جسم به حفظ وضعیت حرکت خود به آن تحمیل شود . در نبود نیرو های خالص ، معمولاً جسم به طور نامحدود در خط راست حرکت می کند .

مطالب مرتبط : ارسطو را بیشتر بشناسید ، کوپرنیک و زمین متحرک ، ارسطو و حرکت  ، آزمایش گالیله و سطح شیب دار ، گالیله و برج کج ، گالیله که بود ، نیوتون که بود ، نیروی خالص

نظر شما در مورد قانون اول حرکت نیوتون چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...

آزمایش گالیله و سطح شیب دار

گالیله و سطح شیب دار » ارسطو ناظر زیرک طبیعت بود ، بیشتر به مسئله های اطراف خود می پرداخت تا موارد مجردی که در محیط رخ نمی داد . در حرکت همواره محیط مقاومی پون هوا یا آب دخیل است . به اعتقاد او ، خلأ ناممکن بود و در نتیجه توجه چندانی به حرکت در نبود محیط برهم کنش کننده نداشت . به این دلیل است که ارسطو معتقد بود جسم به فشار یا کشش برای تداوم حرکت خود نیاز دارد ، و گالیله وقتی منکر این اصل اساسی شد که گفت ؛ اگر مانعی بر سر راه حرکت جسم متحرک وجود نداشته باشد ، جسم همواره به حرکت خود در خط راست ادامه می دهد و هیچ فشار ، کشش ، یا نیروی دیگری لازم نیست .
گالیله این فرضیه را با حرکت اجسام متفاوت روی سطح های شیب دار با زاویه های متفاوت آزمایش کرد . او متوجه شد که گوی ها هنگام غلتیدن رو به پایین روی سطح های شیب دار سرعت می گیرند ، در حالی که هنگام غلتیدن رو به بالا سرعتشان کم می شود . او ، با توجه به این موضوع ، استدلال کرد که سرعت گوی هایی که روی صفحه ی افقی می غلتند نه افزایش می یابد و نه کاهش . گوی سرانجام نه به سبب « سرشت » خود بلکه به واسطه ی اصطکاک متوقف می شود . گالیله این نظر را با مشاهده ی حرکت روی سطح های هموار تر تأیید کرد . وقتی اصطکاک کمتر بود ، حرکت اجسام مدتی طولانی تر تداوم داشت ؛ با اصطکاک کمتر ، حرکت به سرعت ثابت نزدیک می شد ، او ، استدلال کرد که در نبود اصطکاک یا دیگر نیروهای مخالف حرکت ، جسمی که به صورت افقی حرکت می کند به حرکت همیشگی خود ادامه خواهد داد .
این ادعا را آزمایش متفاوت و روش استدلال دیگری تأیید می کرد . گالیله دو سطح شیب دار خود را مقابل هم قرار داد . او مشاهده کرد گویی که از حالت سکون از بالای سطح شیب دار رها شود به پایین  می غلتد و از سطح شیب دار مقابل بالا می رود تا تقریباً به ارتفاع اولیه ی خود برسد . او استدلال کرد که فقط اصطکاک مانع بالا رفتن آن تا ارتفاع اولیه می شود ، زیرا گوی روی سطح های هموارتر بیشتر به ارتفاع اولیه نزدیک می شد . سپس شیب سطح رو به بالا را کم کرد . باز هم گوی تا همان ارتفاع بالا رفت ، اما اکنون باید مسافت بیشتری را طی می کرد . کم کردن بیشتر زاویه نتایج مشابهی به وجود آورد . سپس ، این پرسش را مطرح کرد : اگر سطح افقی طویلی داشته باشیم ، گوی چه مسافتی را باید طی کند تا به همان ارتفاع برسد ؟  پاسخ بدیهی این بود : برای همیشه - زیرا هرگز به ارتفاع اولیه نخواهد رسید . ( برگرفته از کتاب گفت و گو درباره ی دو علم جدید گالیله )
گالیله این را به صورت دیگری هم تحلیل کرد . چون حرکت رو به پایین گوی از سطح اول در تمام موارد یکسان است ، سرعت آن هنگام آغاز بالا رفتن از سطح دوم یکی است . اگر گوی از سطحی با شیب زیاد بالا برود ، سرعت خود را زود از دست می دهد . گوی روی سطح با شیب کمتر سرعت خود را کند تر از دست می دهد و مدت طولانی تری می غلتد . هرچه شیب رو به بالا کمتر باشد ، آهنگ کاهش سرعت گوی کند تر خواهد بود . در حالت حدی که شیبی وجود ندارد _ یعنی ، وقتی که سطح افقی است _ سرعت گوی نباید کاهش یابد . گوی در نبود نیروهای کند کننده حرکتی همیشگی و بدون کند شدن دارد . این ویژگی مقاومت جسم در برابر تغییر حرکت را لختی می نامیم .
مفهوم لختی گالیله نظریه ی حرکت ارسطو را بی اعتبار ساخت . ارسطو متوجه لختی نشد ، زیرا نمی توانست حرکت بدون اصطکاک را مجسم کند . طبق تجربه ی او ، تمام انواع حرکت در معرض مقاومت قرار داشتند ، و این واقعیت اساس نظریه ی حرکت او را تشکیل می داد . ناتوانی ارسطو در تشخیص سرشت اصطکاک _ یعنی ، نیرویی مثل هر نیروی دیگر _ مانع پیشرفت فیزیک به مدت 2000 سال ، تا زمان گالیله ، شد . یک کاربرد مفهوم لختی گالیله نشان می دهد هیچ نیرویی برای حرکت رو به جلو کره ی زمین وجود ندارد . راه برای ایزاک نیوتون باز شد تا نگرش جدیدی از عالم به وجود آورد .
خود آزمایی »» آیا درست است بگوییم لختی دلیل استمرار حرکت اجسام هنگامی است که دیگر نیرویی به آن ها وارد نمی شود ؟ پاسخ : به معنی دقیق ، نه . ما دلیل استمرار حرکت اجسام را وقتی نیرویی به آن ها وارد نمی شود نمی دانیم . این ویژگی اجسام مادی را که رفتاری این چنین پیش بینی پذیر دارند لختی می نامیم . می توانیم چیز های بسیاری را بفهمیم و برای آن ها برچسب و نام داریم . چیز های بسیاری هم وجود دارند که آن ها را نمی فهمیم ، و برای آن ها هم برچسب و نام داریم . آموزش از نام ها و برچسب ها تشکیل نشده است ، بلکه یادگیری آن است که چه پدیده هایی را درک می کنیم و کدام را درک نمی کنیم .

در سال 1642 ، چند ماه پس از درگذشت گالیله ، ایزاک نیوتون متولد شد . نیوتون در 23 سالگی ، قانون های معروف حرکت خود را مطرح کرد ، که سبب شکست کامل دیدگاه های ارسطویی شد که تقریباً دوهزار سال بر تفکر بهترین ذهن ها حکم فرما بود . در ادامه ی مطالب فیزیک برای زندگی ، اولین قانون نیوتون را بررسی می کنیم . این قانون باز تعریف مفهوم لختی است که گالیلئو گالیله قبلاً بیان کرده بود . ( سه قانون حرکت نیوتون ابتدا در یکی از مهم ترین کتاب های همه ی دوران ها ، پرینکیپیا ( اصول ) نیوتون ، منتشر شد . )

 

گویی که از سطح شیب دار طرف چپ پایین می غلتد مستعد بالا رفتن تا همان ارتفاع روی سطح شیب دار طرف راست است .
اگر زاویه ی شیب سطح طرف راست کاهش یابد ، گوی باید مسافت بیشتری را بپیماید .
 

 

در ادامه بیش تر با ما همرا باشید تا به بقیه مطالب مرتبط با این موضوع بپردازیم ...

مطالب مرتبط : ارسطو را بیشتر بشناسید ، کوپرنیک و زمین متحرک ، ارسطو و حرکت  ، آزمایش گالیله و سطح شیب دار ، گالیله و برج کج ، قانون اول حرکت نیوتون

نظر شما در مورد این مقاله چیست ؟ در بخش نظرات منتظریم !

با فیزیک برای زندگی همراه باشید ...