الفبای فیزیک - نیروها

نیروها..........

ماهمواره بااعمالی مانند کشیدن،هل دادن وبلندکردن یک جسم سروکارداریم.این عمل کشیدن یا هل دادن یک جسم،نیرونامیده می شود.

نیرو را بر حسب نیوتن N اندازه می گیرند .

بردارهای نیرو...

یکی از روش هایی که می توان از آن برای نمایش نیروها بهره برد،رسم برداراست.

یــک بـردار نـیرو، پاره خطی جهتدار است،که ابتدای آن از نقطه ی اثر نـیرو شروع می شود.طول این پاره خط ،اندازه ی نیـرو و فلش آن ، جهت نیـرو را نـشان می دهد.

نیرو های واکنش ...
هنگامی که شما با نیرو بر یک سطح فشار وارد می کنید، آن سطح نیز نیرویی را که سطح بر شما وارد می کند،نیروی واکنش و نیرویی را که شما بر سطح وارد می کنید ، نیروی کنش(عمل) می نامند.

قانون سوم نیوتون...

برای هر کنشی یک واکنش مساوی و مخالف ان وجود دارد.

نیروی گرانشی(ثقل)

میان دو جسم دلخواه ،نیروی کوچکی وجود دارد که موجب می شود آن دو جسم به طرف هم کشیده شوند.اگر اجسام مورد نظر زمین باشد ، این نیرو قابل توجه خواهد بود.ما(جسم1)در هر جای زمین(جسم2) که باشیم، نیرویی نسبتا قوی ما را به طرف سطح زمین می کشد.ما این نیروی کشش رو به پایین را نیروی گرانشی می نامیم.

وزن نیرویی که از طرف زمین به یک جسم وارد می شود و آن را به طرف خود می کشد، وزن جسم نامیده می شود.آن را بر حسب نیوتون اندازه گیری می کنند.اگر زمینی نباشد که جسم را به طرف خود بکشد، جسم نیز وزن نخواهد داشت.اما همچنان جرم خواهد داشت.

مزاحمت نیروی اصطکاک احساس نیروی اصطکاک ــ اگر انگشت خود را بر روی پشت دستتان بمالید ،نیروی اصطکاک را (گرما)بر روی پوست دستتان احساس خواهید کرد.

مفید یا مزاحم بودن اصطکاک ــ وقتی که نیروی اصطکاک اعمال می شود ، می تواند برایمان مفید باشد ویا موجب اذیت وآزارمان شود. مثلاً نیروی اصطکاک این امکان را به ما می دهد که دوچرخه را به حرکت درآوریم امّا از طرف دیگه ، رکاب زدن را برایمان مشکل می کند.

اصطکاک مخالف حرکت ــنیروی اصطکاک وارد بریک جسم همواره با نیرویی که سعی می کند جسم را به حرکت درآورد یا آن را درحالت حرکت نگه دارد ، مخالفت می کند.

اندازه گیری نیروها

یکی از راههای اندازه گیری نیرو ، استفاده از یک نیروسنج یا نیوتون سنج است. یکای اندازه گیری نیرو نیوتون نام دارد.

اندازه گیری میزان کشش اجسام...

میزان کشش اجسام به جنس ونیرویی که به آنها وارد می شود ، بستگی دارد وقابلیّت کشش برخی از آنها نسبت به بقیه بیشتر است.

قانون هوک...

بنا به قانون هوک ، افزایش طول اجسام با نیروی وارد بر آنها نسبت مستقیم دارد. نمودار نیروی وارد بر آن ، بر حسب افزایش طول آن ، به صورت یک خط راست در می آید که از مبدأ مختصات مگذرد.

حد کشسانی (الاستیک) ــاجسام اگر بیش از حد معینی کشیده شوند ،نمودار نیرو بر حسب طول ، به صورت خط راست در نمی آید .در این حالت ، اگر نیروی وارد بر جسم را حذف کنیم ، جسم به شکل اولیة خود بر نمی گردد. این حد معین را حد کشسانی (الاستیک)می نامند.

نیروهای متعادل

اثر چر خشی یک نیرو...

اجسام می توانند حول یک محور بچرخند. نیروی وارد بر جسم باید تا حدی از محور فا صله دا شته باشد.

اثر چر خشی یک نیرو را گشتاور نیرو می نامند که مقدار آن برابر است با:حاصلضرب نیرو در فاصلةعمودی نیرو تا نقطة اثر آن.

گشتاورهای متعادل اگر چند نیرو بر یک جسم اثر کند ، می توان گشتاور نیروهایی را که جسم را در جهت ساعتگرد می چرخانند با هم جمع کرد و یک گشتاور کل در جهت سا عتگرد به دست آورد. اگر جسم در حال تعادل با شد، این گشتاور به دست آمده با گشتاور کلی که در جهت خلاف ساعتگرد اعمال می شود، برابر خواهد بود.

اندازه گیری حرکت

اندازه گیری حرکت...

برای اندازه گیری فواصل زمانی، همواره باید از یک زمان سنج استفاده کرد.در این زمان سنج هنگامی که نوار کاغذی از زیرهرم مرتعش این زمان سنج می گذرد، نقاطی بر روی آن چاپ می شود. این زمان سنج همیشه50 نقطه در هر ثانیه بر روی نوار کاغذی چاپ می کند . بنابراین با شمردن تعداد نقطه ها، می توان مقدار گذشت زمان (بازه زمانی) را حساب کرد.

تندی تندی یک جسم ، برابر با مسافتی است که جسم در یک ثانیه (یا یک ساعت) طی می کند. تندی یک جسم را می توان از معادلة زیر حساب کرد:زمان/مسافت=تندی .

تندی را بر حسب مایل بر ساعت ، یا کیلومتربر ساعت ، یا متر بر ثانیه ، یا سانتی متر بر ثانیه اندازه می گیرند.

تندی و زمان...

ما در مسیری که طی می کنیم ، بازگشت زمان ، تندی ما نیز تغییر می کند . اغلب مهم است که بدانیم در هر لحظه با چه تندیی حرکت می کنیم . سرعت سنج اتومبیل ، تندی لحظه ای را نشان می دهد . این سرعت سنج در زمان های (7،...،1،0)ثانیه تندیهایی را که نشان می دهد،به ترتیب برابر0،6،12،18، 18،18،9 و0 متر بر ثانیه است. با توجه به زمان تندیهای داده شده ، می توان نمودار سرعت اتومبیل را رسم کرد.

سرعت ...

سرعت، تندیی است دریک جهت معین (یعنی سرعت دو قسمت دارد تندی وجهت).

جابجایی مسافتی است که دریک جهت معین توسط جسم متحرک طی می شود.

جمع سرعت ها...

مثلاً سرعت یک هاورکرافت مجموع دو سرعت است. اگر سرعت موتور4متر بر ثانیه وسرعت باد 3متر بر ثانیه باشد ، سرعت هاورکرافت می تواند 1 متر بر ثانیه یا 7 متر بر ثانیه محاسبه گردد، که مقدار هر یک از این سرعتها به جهت باد بستگی دارد.

نیرو و حرکت

نیرو به دو روش بر حرکت اجسام تأثیر می گذارد :

(1)اگر جسم سا کن با شد ، سا کن می ما ند واگر متحرک باشد ، با سرعت ثابتی به حرکت خود ادامه دهد.

(2)همواره یک نیروی نا متعادل ( نیروی بر آیند ) شتاب ایجاد می کند.

نیرو وشتاب

قانون دوم نیوتون دربارة حرکت ...

شتاب یک جسم با نیروی وارد بر آن متناسب است. این امر موجب می شود که جرم جسم ضریب ثابتی باشد و تغییر نکند .

محاسبة شتاب ...

با استفاده از معادلة S=1/2at^2 ،شتاب (a) را حساب کنید. زمان لازم برای چاپ 50 نقطه یک ثانیه است. بنا براین ، a=2s می شود.

معادله ای برای قانون دوم نیوتون ...

شتاب×جرم= نیرو

F=m a

اندازه حرکت

وقتی توپ را در حال حرکت را متوقف کنیم ، ضربهای احساس می کنیم. زیرا توپ اندازه حرکت دارد ومقدار آن برابر «سرعت توپ×جرم توپ» است.

اندازه حرکت کسب شده = ضربه

اندازه حرکت کسب شده = زمان× نیرو

مدت زمانی که نیرو اثر می کند/اندازه حرکت = نیرو

و به طور کلی،

آهنگ تغییر اندازه حرکت =نیرو

رابطةاخیر، شکل دیگر قانون دوم نیوتون است.

فشار

مقدار نیروی وارد بر سطح 1m^2 ، فشار نامیده می شود.

P=F/A یا مساحت/ نیرو = فشار

فشار در مایعات

آب در داخل آکواریوم به طور تعجب آوری سنگین است و حتی سنگین تر از مقداری که فکرش را می کنید. وزن آب آکواریوم به طرف پایین بوده وفشاری بر ته مخزن وارد می کند. شما می توانید با تقسیم کردن وزن آب بر مساحت ته مخزن، این فشار را حساب کنید.

معادله ای برای فشار مایعات...

فشار درون یک مایع برابر است با مساحت تقسیم بر نیرو ، که در آن نیرو عبارت است از وزن مایعی که بالای مساحت مورد نظر قرار دارد.

فشار از طریق مایعات منتقل می شود

تلمبة دو چرخهای را پر از آب کرده وانگشت خود را روی سوراخ انتهایی آن قرار دهید. اکنون سعی کنید که با فشار دادن دستة تلمبه، آب داخل آن را متراکم کنید.

حجم آب داخل تلمبه کمتر نمی شود ونیرویی که به دستة تلمبه وارد می کنید از طریق آب به انگشت شما وارد می شود.

فشار سنج مانومتر

مانومتر لولة U شکلی است که حاوی مایع است و برای اندازه گیری فشار گاز به کار می رود. مخزن گاز از طریق لولة رابط به لولة Uشکل وصل است. فشار گاز در یک شاخة لولة U موجب پایین رفتن مایع و در شاخة دیگر موجب بالا رفتن آن می شود تا آنکه فشار مایع با فشار گاز به حالت تعادل درآید. فشار گاز را با اندازه گیری اختلاف ارتفاع مایع در دو ستون (بر حسب سانتیمتر یا متر ) تعیین می کنند.

بارومتر فلزی

بارومتر (جو سنج ) وسیله ای است که فشار جو را اندازه می گیرد. در یک جو سنج فلزی از یک قوطی فلزی نازک و دربسته ، که هوای داخل آن خارج شده است، استفاده می شود.

اگر فشار هوا بالا برود، قسمت بالا و پایین قوطی اندکی به طرف داخل فرو می رود واهرمی که متصل به زنجیر است موجب حرکت عقربه می شود. هنگام کم شدن فشار هوا، قوطی توسط فنر محکمی به حالت اولیة خود بر می گردد.

منبع :www.schoolnet.ir

پیدایش علم فیزیک

سرچشمه علم فیزیک

رسیدن به منبع و سرچشمه اصلی علم فیزیک به اندازه رسیدن به سرچشمه بسیاری از رودهای بزرگ دشوار است. همانگونه که یک رود بزرگ از چندین چشمه کوچک حاصل می‌گردد، چشمه‌هایی که رود عظیم علم فیزیک را بوجود آورده‌اند، در سراسر زمین پراکنده بودند که انسان اولیه ، یعنی انسان متفکر بر آن سکونت داشته است. اما به نظر می‌رسد که بیشتر این مردم در دامنه جنوبی شبه جزیره بالکان (یونان باستان) بوده‌اند. جالب توجه است که ملل قدیمی دیگر مانند بابلیان و مصریان که در توسعه ریاضیات و نجوم سهیم بوده‌اند، در پیشرفت فیزیک هیچ سهمی نداشته‌اند.چون خدایان بابلیان و مصریان دور از مردم و در میان ستارگان می‌زیستند، حال آنکه خدایان یونانیان در ارتفاعی تنها در حدود 3000 متر بر قله کوه اولمپ زندگی می‌کردند. و اصطلاح مانیتیسم (مغناطیس) از نام چوپانی به نام (σηυγαm) سرچشمه می‌گیرد. تشخیص تقدم یا تأخر زمانی این کشفیات افسانه‌ای دشوار است. نقش دانشمندان در پیدایش فیزیک

کشف فیثاغورث کاملاً مستند است. وی با اطمینان از اینکه اعداد بر جهان حکومت می‌کنند، به تحقیق درمورد رابطه میان طول تارها در آلات موسیقی پرداخت که ترکیبات هماهنگی از اصوات تولید می‌کنند. این کشفیات او شاید نخستین بیان ریاضی یک قانون فیزیکی باشد و بتواند نخستین گام در پیدایش فیزیک نظری باشد.

یکی دیگر از افرادی که در پیدایش فیزیک سهم داشته است، ارسطو می‌باشد. هر چند ارسطو در تمام مباحث کارهای بزرگی انجام داده است که اندیشه انسانی را مدت 2000 سال پس از مرگ خود تحت تأثیر قرار داده ، اما مهمترین سهم او در فیزیک نام گذاری این علم می‌باشد که از کلمه‌ای یونانی به نام طبیعت اقتباس شده است.

ارشمیدس دانشمند نامدار دیگری است که حدود یک قرن بعد از ارسطو زندگی می‌کرد. وی دانشمند علم مکانیک بوده که قوانین اهرمها را بیان نموده و مسأله یافتن مرکز ثقل هر جسم معین را مورد بحث قرار داد. مهمترین کشف ارشمیدس قانون او درمورد اجسام غوطه ور در یک مایع می‌باشد.

تحولات اولیه علم فیزیک

با زوال فرهنگ یونانی ، تکامل علم بطور کلی و علم فیزیک ، بخصوص به یک حالت رکود مجازی در آمد و این مدت تقریباً هزار سال طول کشید، تا اینکه سرانجام امپراطوری عربی در قرن هشتم تمام سرزمینهای جنوبی دریای مدیترانه را احاطه کردند و از تنگه جبل الطارق تا اسپانیا پیش رفتند. اعراب کتابهای به جا مانده از کتابخانه‌های یونانیان را ترجمه کرده و پرچمدار علم شدند. اما اعراب در زمینه علم فیزیک چندان کار زیادی انجام ندادند.سرانجام در قرن 12 امپراطوری عرب با حمله چنگیزخان مغول و سیر تاریخی جنگهای صلیبی در بیت المقدس به سرعت رو به زوال رفت و در همین دوران کشورهای اروپایی به تدریج از دوران هرج و مرج و تاریکی قرون وسطی خارج شدند. و آموزش دوباره رونق گرفت، اما این آموزش بیشتر زیر نظر کلیسا بود و لذا بیشتر مطالعات بر نوشته‌های ارسطو مبتنی بود. و چون ارسطو در زمینه علوم طبیعی چندان تبحری نداشت، لذا به تجدید حیات علم فیزیک در اروپا کمکی نکرد.

سیر تکاملی علم فیزیک

درهم آمیختگی علوم طبیعی با علوم الهی را در این دوره می‌توان از کتاب هیأت مردوز یوهان کپلر دریافت.

یکی از افرادی که در این دوره در علم دینامیک به پیشرفتهای خوبی نایل شد، گالیله بود که با مطالعه حرکت آونگ شروع کرد. وی از نخستین فیزیکدانان نظری و عملی بود.

بعد از گالیله ، اسحاق نیوتن دومین دانشمند فیزیک به شمار می‌رود که مطالعات ثمربخشی را در زمینه‌های مختلف فیزیک انجام داد، بطوری که بعد از او دانشمندان زیادی مانند پاسکال (Pascal) ، برنولی (Bernoulli) ، هویگنس و غیره هر کدام در زمینه خاصی مطالعات اسحاق نیوتن را ادامه دادند.

هویگنس به ادامه مطالعات اسحاق نیوتن در زمینه نور پرداخت. اسحاق نیوتن نور را ذره می‌دانست، اما هویگنس عقیده داشت که نور موج است، اما چون اسحاق نیوتن در این زمان در میان معاصرانش شخصیت برجسته‌ای بود و نیز به دلیل ناتوانی هویگنس در تکمیل نظریه‌هایش با دقت ریاضی ، با وجود برتری ظاهری نظریه او بر نظریه نیوتن ، نظریه هویگنس پذیرفته نشد و لذا این بحث معلق ماند. تا اینکه در سال 1800 تامس یانگ توانست پدیده حلقه‌های نیوتن را بر مبنای طبیعت موجی نور توضیح دهد.

کارهای یانگ و معاصر فرانسویش فرنل (Fresnel) صحت و اعتبار نظریه موجی نور را به طرز قاطعی برقرار ساختند. بعد از این ، تقریباً علم فیزیک به شاخه‌های مختلف تقسیم شد و دانشمندان مختلف در زمینه‌های گوناگون فیزیک مطالعات ارزنده‌ای را انجام دادند که پایه و مبنای این مطالعات را می‌توان همان کارهای اسحاق نیوتن و گالیله دانست و بدین ترتیب علم فیزیک در شاخه‌های مختلف توسعه یافت.

منبع: سایت دنیای بیکران فیزیک