چرا اجسام به سمت زمین سقوط می‌کنند؟ علوم پایه ششم

یکی از واقعیت‌ها در خصوص سقوط اجسام، این است که در تمامی نقاط کُره زمین، سقوط همه اجسام به سمت مرکز زمین و با شتابی ثابت صورت می‌گیرد که این شتاب مستقل از جرم اجسام است. 

در حالت عادی و دنیای روزمره ما، مقاومت هوا همیشه وجود دارد. در واقع همانند مقاومتی که آب برای یک سنگ که به درون آن انداخته می‌شود یا مقاومتی که سطح برای حرکت دادن یک جسم ایجاد می‌کند، هوا هم برای اجسامی که در آن حرکت می‌کنند، مقاومت ایجاد کرده و باعث می‌شود یک جسم سبک‌تر، آهسته‌تر از یک جسم سنگین (در زمان و ارتفاع یکسان) سقوط کند.

حرکت سقوط آزاد چیست؟

در این حالت نیرو گرانشی باعث می‌شود که اجسام به سمت مرکز زمین با شتاب ثابت گرانشی سقوط کنند. این شتاب ثابت باعث می‌شود که ما بتوانیم به راحتی از معادلات سینماتیکی (حرکتی) برای بررسی حرکت سقوط آزاد اجسام استفاده کنیم. سقوط آزاد را می‌توان حرکتی یک بعدی در راستای قائم (عمودی) در نظر گرفت.گرانش زمین شتابی است که اجسام با این شتاب به سمت زمین جذب می‌شوند و با g نشان داده می‌شود. واحد این کمیت در SI برابر است با متر بر مجذور ثانیه (m/s۲ یا m·s-۲) و همچنین نیوتن بر کیلوگرم (N/kg یا N·kg-۱). مقدار تقریبی این کمیت ۹٫۸۱ m/s۲ است که بدان معنی‌ست که صرفنظر از تأثیر مقاومت هوا، سرعت جسم در حال سقوط در نزدیکی سطح زمین در هر ثانیه ۹٫۸۱ متر بر ثانیه افزایش می‌یابد.

از میان نیروها، گرانش ضعیف‌ترین آن‌ها اما از طرفی معروف‌ترین آن‌ها نیز محسوب می‌شود. برای قرن‌ها است که می‌دانیم، پاهایمان به زمین چسبیده است و یا زمین همواره به دور خورشید می‌چرخد.

حتی قبل از این‌که گرانش در قالب ریاضیات توضیح داده شود "یوهانس کپلر"، فیزیکدان و ریاضی‌دان قرن هفدهم قوانین دقیقی را به‌منظور توصیف حرکت سیارات ارائه داد.

جاذبه یکی از پدیده‌های مورد مطالعه در علم است. همچنین یک نیروی اساسی در جهان است، اما این پدیده چیست؟ ما در هر روز از زندگی خود این پدیده را تجربه می‌کنیم و در واقع بدون گرانش بدن دستخوش تغییرات جالبی می‌شود. پنج حقیقت جالب درباره گرانش یا جاذبه شامل موارد زیر است:

- جاذبه در واقع یک نیرو نیست.
- آهن‌ربایی که روی یخچال می‌گذارید از گرانش زمین قوی‌تر است.
- برخی از اجرام عظیم در واقع می‌توانند امواج گرانشی ایجاد کنند.
- گرانش روی زمین متفاوت است.
- مکانیک کوانتومی و گرانش مخالف یکدیگرند.

ایرودینامیک 

برای آن که اجسام بتوانند به راحتی در هوا حرکت کنند، باید شکل آن ها را به گونه ای طراحی کنیم تا نیروی مقاومت هوای وارد بر آن ها به کم ترین مقدار ممکن برسد؛ به چنین اجسامی ایرودینامیک می گویند.

اصطحکاک چیست؟

نیرویی که سبب کند شدن حرکت اجسام شود را اصطحکاک می گویند. جهت نیروی اصطکاک همیشه برخلاف جهت حرکت جسم است. یعنی اگر جسم به سمت راست حرکت می کند، نیروی اصطکاک در جهت چپ نیرو وارد می کند.

نمونه سوالات درس علوم پایه ششم ابتدایی

دو جسم چگونه به هم نیرو وارد می کنند؟ 
در اثر تماس با یکدیگر به هم نیرو وارد می کنند.

آیا امکان دارد که دو جسم بدون تماس با هم به یکدیگر نیرو وارد کنند؟ مثال بزنید. 
بله، تأثیر دو قطب هم نام آهنربا به هم، نیروی جاذبه ی زمین بر اجسام.

چرا اجسام به سمت زمین سقوط می کنند؟ 
به علت نیرویی که از سمت زمین به آن ها وارد می شود.نیروی گرانشی چیست؟ 
نیرویی است که زمین به همه ی اجسام نزدیک خود وارد می کند و آن ها را به طرف خود می کشد.

وزن یا جرم را تعریف کنید. 
نیروی جاذبه ای که زمین به یک جسم وارد می کند، وزن یا جرم جسم نامیده می شود.

جرم اجسام با چه وسیله ای اندازه گیری می شود و واحد آن چیست؟
با ترازو و واحد آن کیلو گرم است.

چرا زمین و سیاره ها به دور خورشید می چرخند؟
در اثر نیروی گرانشی.

نیروی مغناطیسی چیست؟ 
نیرویی که یک آهنربا به آهنربای دیگر وارد می کند ، نیروی مغناطیسی نامیده می شود.

نیروی الکتریکی چیست؟ 
نیرویی که بعد از مالش دو جسم به هم سبب جذب یا دفع آن ها می شود، نیروی الکتریکی می گویند.

برای نیروی الکتریکی مثال بزنید. 
مالش دادن جداگانه ی دو بادکنک به پارچه ی پشمی (مالش دو لوله ی پلاستیکی به موی سر) مالش لوله یا شانه ی پلاستیکی  به موی سر و نزدیک کردن آن ها به تکه های کوچک کاغذ.

ترمز کردن چگونه سبب کندشدن و توقف سریع وسیله ی نقلیه می شود؟ 
در اثر نیروی اصطکاکی که بین چرخ و لنت ترمز و  همچنین اصطکاکی که بین چرخ و زمین وجود دارد.

وقتی توپی در حال حرکت است چرا پس از طی مسیر کوتاهی از حرکت باز می ایستد؟ 
در اثر نیروی اصطکاکی که بین توپ و زمین وجود دارد.

چرا راه رفتن بر سطح یخ و برف دشوار است؟ 
چون سطح یخ و برف صاف است و اصطکاک بسیار کمی بین یخ و کف کفش وجود دارد.

نیروی اصطکاک را تعریف کنید. 
نیرویی که سبب کند شدن حرکت جسم می شود.

جهت نیروی اصطکاک چگونه است؟ 
جهت نیروی اصطکاک همیشه برخلاف جهت حرکت جسم است. یعنی اگر جسم به سمت راست حرکت می کند، نیروی اصطکاک در جهت چپ نیرو وارد می کند.

اگر در حال حرکت باشیم و نیروی اصطکاک نباشد، چه اتفاقی می افتد؟ 
نمی توانیم در یک جا ثابت شویم.

چه زمانی نیروی اصطکاک بیش تر است؟ 
هر چه سطح تماس بین دو جسم ناهمواری و پستی و بلندی بیش تری داشته باشد، اصطکاک بیش تر خواهد بود.

سه مورد از فایده های اصطکاک را بیان کنید. 
- اصطکاک بین کفش و زمین برای راه رفتن. 
- اصطکاک چوب کبریت و بدنه ی کبریت برای روشن شدن آن.
- اصطکاک بین لنت و چرخ و زمین برای توقف وسیله نقلیه.

آیا اصطکاک می تواند مضر باشد؟ 
بله در بعضی سطوح که دو جسم مرتب با هم برخورد دارند بعد از مدتی ساییده شده و نیاز به تعویض آن ها است. مانند چرخ دنده های فلزی تسمه دینام کولر و اتومبیل و ...

امروزه برای کم کردن اصطکاک از چه راه هایی استفاده می شود؟ 
روغن کاری، استفاده از چرخ و ...

در قدیم برای جا به جایی اجسام سنگین و کاهش اصطکاک از چه روشی استفاده می کردند؟ 
تنه های درخت را زیر جسم قرار می دادند و جسم را به جلو هل می دادند.

نیروی مقاومت هوا را تعریف کنید. 
نیروی مقاومی است که از حرکت یک جسم در هوا جلوگیری می کند.

ایرودینامیک یعنی چه؟ 
برای آن که اجسام بتوانند به راحتی در هوا حرکت کنند، باید شکل آن ها را به گونه ای طراحی کنیم تا نیروی مقاومت هوای وارد بر آن ها به کم ترین مقدار ممکن برسد؛ به چنین اجسامی ایرودینامیک می گویند.

نیروی بالا بری را تعریف کنید. 
بال های هواپیما را به گونه ای طراحی می کنند که وقتی هواپیما در حال حرکت است، هوای بالای بال دارای سرعت بیش تری نسبت به هوای پایین بال باشد و همین امر سبب اختلاف فشار در دو سوی بال و ایجاد یک نیروی خالص به طرف بالا می شود که به آن نیروی بالابر گفته می شود .

چه نیروهایی به یک هواپیمای در حال حرکت وارد می شود؟
ـ نیروی مقاومت هوا (که همان اصطکاک بوده وسبب کند شدن حرکت می شود و در جهت خلاف حرکت هواپیما وارد می شود). 
ـ وزن (که همان نیروی گرانشی زمین است و باعث کشش هواپیما به پایین می شود). 
ـ نیروی رانش (نیرویی است که موتور هواپیما برای جلو رفتن آن وارد می کند).
ـ نیروی بالا بری (که همان اختلاف فشار در دو سمت بال بوده و سبب بالا رفتن هواپیما می شود).با توجه به نیروی مقاومت هوا و نیروی گرانشی هواپیما چگونه پرواز می کند و به بالا می رود؟ 
به این دلیل که در هواپیما نیروی رانشی و نیروی بالابری قدرت بیش تری نسبت به نیروی مقاومت هوا و نیروی گرانشی زمین دارند.   

---