نیرو و نمایش آن
مفهوم نیرو
یک نیرو کشیدن و یا هل دادن یک جسم است که حاصل بر همکنش آن با جسم دیگری می باشد. وقتی بین 2 جسم بر همکنش وجود دارد به هریک از دو جسم نیرو وارد می شود. وقتی برهمکنش متوقف می شود دیگر نیرویی بر اجسام وارد نمی شود. نیروها نتایج بر همکنش می باشند.
برای سادگی، همه ی نیروها ( برهمکنش ها ) بین اشیا، در دو گروه اصلی قرار می گیرند:
نیروهای تماسی
نیروهای اعمالی با فاصله
نیروهای تماسی آن هایی هستند که اگر دو جسم در برهمکنش با هم در تماس فیزیکی باشند، به وجود می آیند.
نیروهای تماسی شامل نیروهای اصطکاکی ، کششی، نیروهای نرمال ، مقاومت هوا و نیروهای اعمالی می باشد. این نیروهای خاص بعدا با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار می گیرند.
نیروهای موثر از راه دور آن هایی هستند که اگر در جسم در برهمکنش با هم در تماس فیزیکی نباشند، به وجود می آیند، این که دو جسم از نظر فیزیکی جدا هستند می توانند همدیگر را بکشند یا هل دهند. نیروهای موثر از راه دور شامل نیروی گرانش می شود. مثلا خورشید و سیارات با وجود فاصله ی بسیار زیاد در فضا، کشش گرانشی روی همدیگر دارند. حتی زمانی که پاهای شما روی زمین نیستند و شما با زمین تماس فیزیکی ندارید کشش گرانشی بین شما و زمین وجود دارد. نیروهای الکتریکی نیز نیروهای موثر از راه دور هستند. برای مثال پرتوها در هسته اتم و الکترون ها خارج هسته با وجود فاصله ی کمی که دارند جاذبه ی الکتریکی به همدیگر دارند.
نیروهای مغناطیسی نیز، نیروی موثر از راه دور هستند. برای مثال دو آهنربا با وجود فاصله ی چند سانتیمتری از هم، کشش مغناطیسی دارند. این نیروهای خاص بعدا با جزئیات بیشتری بحث می شوند.
نمونه هایی از نیروهای تماسی و نیروهای موثر از راه دور در زیر لیست شده اند:
نیروهای موثر از راه دور
- نیروی گرانشی
- نیروی مغناطیسی
- نیروی الکتریکی
نیروهای تماسی
- نیروی اصطکاک
- نیروی کشش
- نیروی نرمال
- نیروی مقاومت هوا
- نیروی اعمالی
- نیروی ارتجاعی
نیرو کمیتی است که با استفاده ازواحد استاندارد نیوتن اندازه گیری می شود. نیوتن با " N " نشان داده می شود. وقتی می گوییم 10N یعنی 10 نیوتن نیرو.
یک نیوتن نیرویی است که برای این که به جسمی به جرم 1 کیلوگرم، 1 m/s2 شتاب بدهیم نیاز است. بنابراین:
نیرو یک کمیت برداری است. همان طور که در بخش قبل آموختید، کمیت برداری کمیتی است که هم اندازه دارد و هم جهت.
برای این که نیروی وارد شده به جسم را به طور کامل شرح دهید، هم باید اندازه ( مقدار یا ارزش عددی ) و هم جهت آن را مشخص کنید. بنابراین 10N توضیح کامل نیروی اعمالی به یک جسم نیست. طبق قرارداد 10 نیوتن، به سمت پایین یک تعریف کامل برای نیرویی است که به جسم وارد می شود، هم بزرگی ( 10 نیوتن ) و هم جهت ( به سمت پایین ) مشخص شده اند.
از آنجا که نیرو یک کمیت برداری است و جهت دارد، معمولا نیروها را با استفاده از دیاگرام هایی برداری که معمولا در فیزیک به کار برده می شوند در بخش معرفی شده اند. اندازه پیکان بزرگی و جهت آن، جهت نیرو را نشان می دهد( چنین دیاگرام هایی را دیاگرام نیرو می گویند. ) به علاوه چون نیروها، کمیت برداری هستند، اثر یک نیروی مجزا روی یک جسم، اغلب با اثر نیروی دیگر خنثی می شود. برای مثال، اثر یک نیروی 20 نیوتن که رو به بالا به کتاب وارد می شود به وسیله ی اثر نیروی 20 نیوتن که رو به پایین به کتاب وارد می شود خنثی می گردد. در این مدار گفته می شود که دو نیروی مجزا با هم خنثی شده اند. احتمال دارد نیروی خنثی نشده ای به کتاب وارد شود.
وضعیت دیگر که می توان تصور کرد این است که، دو نیروی برداری مجزا، همدیگر را خنثی کرده اند ( تعادل ) ، اما یک نیروی سوم مجزا وجود دارد که با نیروی دیگری خنثی نمی شود. برای مثال، کتابی را فرض کنید که روی سطح میز از چپ به راست سر می خورند. نیروی جاذبه رو پایین است و نیروی که میز وارد می کند رو به بالا. بنابراین همدیگر را خنثی می کنند. اما نیروی اصطکاک رو به چپ است و نیرویی به سمت راست وجود ندارد که آن را خنثی کند. پس یک نیروی خارجی روی آن اثر کرده و حالت حرکت آن را تغییر می دهد.
جزئیات دقیق دیاگرم های نیرو بعدا مورد بحث قرار می گیرند. اکنون، تاکید بر این است که نیرو یک کمیت برداری و جهت دارد. اهمیت این امر زمانی روشن می شود که بعدا اثر نیروهای اثر نیروهای مجزا روی جسم در این درس تجزیه و تحلیل می شود.
