مرکز دانلود خلاصه کتاب و جزوات دانشگاهی

نيرو

 

نيرو عاملي است که سبب تغيير شکل يا تغيير در اندازه حرکت اجسام مي شود. نيرو يک کميت برداري است يعني اندازه و جهت دارد و يکاي آن در سيستم SI نيوتون است. هرگاه بخواهيم جسمي را برانيم يا بکشيم به آن نيرو وارد کنيم. نيرو بر هم کنش دو جسم بر يکديگر است. تأثير دو جسم بر هم ممکن است ناشي از تماس دو جسم باشد و يا دو جسم از راه دور بر يکديگر نيرو وارد کنند.

 

بزرگي نيرو را مي توان با نيرو سنج اندازه گرفت. به شکل نيرو سنج زير توجه کنيد. هر قدر نيروي وارد بر فنر بزرگتر باشد، فنر بيشتر کشيده مي شود.

 

 

 

نيروسنج

 

 

F = KX

F نيرو بر حسب نيوتون، X تغيير طول فنر بر حسب متر و K ثابت فنر به حسب نيوتن بر فنر مي باشد.

 

 

نيروها..........

 

ماهمواره بااعمالي مانند كشيدن،هل دادن وبلندكردن يك جسم سروكارداريم.اين عمل كشيدن يا هل دادن يك جسم،نيروناميده مي شود.

 

نيرو را بر حسب نيوتن N اندازه مي گيرند .

 

بردارهاي نيرو...

 

يكي از روش هايي كه مي توان از آن براي نمايش نيروها بهره برد،رسم برداراست.

 

يــك بـردار نـيرو، پاره خطي جهتدار است،كه ابتداي آن از نقطه ي اثر نـيرو شروع مي شود.طول اين پاره خط ،اندازه ي نيـرو و فلش آن ، جهت نيـرو را نـشان مي دهد.

 

نيرو هاي واكنش ...

 

هنگامي كه شما با نيرو بر يك سطح فشار وارد مي كنيد، آن سطح نيز نيرويي را كه سطح بر شما وارد مي كند،نيروي واكنش و نيرويي را كه شما بر سطح وارد مي كنيد ، نيروي كنش(عمل) مي نامند.

 

قانون سوم نيوتون...

 

براي هر كنشي يك واكنش مساوي و مخالف ان وجود دارد.

 

نيروي گرانشي(ثقل)

 

ميان دو جسم دلخواه ،نيروي كوچكي وجود دارد كه موجب مي شود آن دو جسم به طرف هم كشيده شوند.اگر اجسام مورد نظر زمين باشد ، اين نيرو قابل توجه خواهد بود.ما(جسم1)در هر جاي زمين(جسم2) كه باشيم، نيرويي نسبتا قوي ما را به طرف سطح زمين مي كشد.ما اين نيروي كشش رو به پايين را نيروي گرانشي مي ناميم.

 

وزن نيرويي كه از طرف زمين به يك جسم وارد مي شود و آن را به طرف خود مي كشد، وزن جسم ناميده مي شود.آن را بر حسب نيوتون اندازه گيري مي كنند.اگر زميني نباشد كه جسم را به طرف خود بكشد، جسم نيز وزن نخواهد داشت.اما همچنان جرم خواهد داشت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مزاحمت نيروي اصطكاك احساس نيروي اصطكاك ــ اگر انگشت خود را بر روي پشت دستتان بماليد ،نيروي اصطكاك را (گرما)بر روي پوست دستتان احساس خواهيد كرد.

 

مفيد يا مزاحم بودن اصطكاك ــ وقتي كه نيروي اصطكاك اعمال مي شود ، مي تواند برايمان مفيد باشد ويا موجب اذيت وآزارمان شود. مثلاً نيروي اصطكاك اين امكان را به ما مي دهد كه دوچرخه را به حركت درآوريم امّا از طرف ديگه ، ركاب زدن را برايمان مشكل مي كند.

 

اصطكاك مخالف حركت ــنيروي اصطكاك وارد بريك جسم همواره با نيرويي كه سعي مي كند جسم را به حركت درآورد يا آن را درحالت حركت نگه دارد ، مخالفت مي كند.

 

اندازه گيري نيروها

 

يكي از راههاي اندازه گيري نيرو ، استفاده از يك نيروسنج يا نيوتون سنج است. يكاي اندازه گيري نيرو نيوتون نام دارد.

 

اندازه گيري ميزان كشش اجسام...

 

ميزان كشش اجسام به جنس ونيرويي كه به آنها وارد مي شود ، بستگي دارد وقابليّت كشش برخي از آنها نسبت به بقيه بيشتر است.

 

قانون هوك...

بنا به قانون هوك ، افزايش طول اجسام با نيروي وارد بر آنها نسبت مستقيم دارد. نمودار نيروي وارد بر آن ، بر حسب افزايش طول آن ، به صورت يك خط راست در مي آيد كه از مبدأ مختصات مگذرد.

حد كشساني (الاستيك) ــاجسام اگر بيش از حد معيني كشيده شوند ،نمودار نيرو بر حسب طول ، به صورت خط راست در نمي آيد .در اين حالت ، اگر نيروي وارد بر جسم را حذف كنيم ، جسم به شكل اولية خود بر نمي گردد. اين حد معين را حد كشساني (الاستيك)مي نامند.

 

نيروهاي متعادل

 

اثر چر خشي يك نيرو...

 

اجسام مي توانند حول يك محور بچرخند. نيروي وارد بر جسم بايد تا حدي از محور فا صله دا شته باشد.

 

اثر چر خشي يك نيرو را گشتاور نيرو مي نامند كه مقدار آن برابر است با:حاصلضرب نيرو در فاصلةعمودي نيرو تا نقطة اثر آن.

 

گشتاورهاي متعادل اگر چند نيرو بر يك جسم اثر كند ، مي توان گشتاور نيروهايي را كه جسم را در جهت ساعتگرد مي چرخانند با هم جمع كرد و يك گشتاور كل در جهت سا عتگرد به دست آورد. اگر جسم در حال تعادل با شد، اين گشتاور به دست آمده با گشتاور كلي كه در جهت خلاف ساعتگرد اعمال مي شود، برابر خواهد بود.

 

اندازه گيري حركت

 

براي اندازه گيري فواصل زماني، همواره بايد از يك زمان سنج استفاده كرد.در اين زمان سنج هنگامي كه نوار كاغذي از زيرهرم مرتعش اين زمان سنج مي گذرد، نقاطي بر روي آن چاپ مي شود. اين زمان سنج هميشه50 نقطه در هر ثانيه بر روي نوار كاغذي چاپ مي كند . بنابراين با شمردن تعداد نقطه ها، مي توان مقدار گذشت زمان (بازه زماني) را حساب كرد.

 

تندي تندي يك جسم ، برابر با مسافتي است كه جسم در يك ثانيه (يا يك ساعت) طي مي كند. تندي يك جسم را مي توان از معادلة زير حساب كرد:زمان/مسافت=تندي .

 

تندي را بر حسب مايل بر ساعت ، يا كيلومتربر ساعت ، يا متر بر ثانيه ، يا سانتي متر بر ثانيه اندازه مي گيرند.

 

 

تندي و زمان...

 

ما در مسيري كه طي مي كنيم ، بازگشت زمان ، تندي ما نيز تغيير مي كند . اغلب مهم است كه بدانيم در هر لحظه با چه تنديي حركت مي كنيم . سرعت سنج اتومبيل ، تندي لحظه اي را نشان مي دهد . اين سرعت سنج در زمان هاي (7،...،1،0)ثانيه تنديهايي را كه نشان مي دهد،به ترتيب برابر0،6،12،18، 18،18،9 و0 متر بر ثانيه است. با توجه به زمان تنديهاي داده شده ، مي توان نمودار سرعت اتومبيل را رسم كرد.

 

سرعت ...

 

سرعت، تنديي است دريك جهت معين (يعني سرعت دو قسمت دارد تندي وجهت).

 

جابجايي مسافتي است كه دريك جهت معين توسط جسم متحرك طي مي شود.

 

جمع سرعت ها...

 

مثلاً سرعت يك هاوركرافت مجموع دو سرعت است. اگر سرعت موتور4متر بر ثانيه وسرعت باد 3متر بر ثانيه باشد ، سرعت هاوركرافت مي تواند 1 متر بر ثانيه يا 7 متر بر ثانيه محاسبه گردد، كه مقدار هر يك از اين سرعتها به جهت باد بستگي دارد.

 

نيرو و حركت

 

نيرو به دو روش بر حركت اجسام تأثير مي گذارد :

 

(1)اگر جسم سا كن با شد ، سا كن مي ما ند واگر متحرك باشد ، با سرعت ثابتي به حركت خود ادامه دهد.

 

(2)همواره يك نيروي نا متعادل ( نيروي بر آيند ) شتاب ايجاد مي كند.

 

نيرو وشتاب

 

قانون دوم نيوتون دربارة حركت ...

 

شتاب يك جسم با نيروي وارد بر آن متناسب است. اين امر موجب مي شود كه جرم جسم ضريب ثابتي باشد و تغيير نكند .

 

محاسبة شتاب ...

 

با استفاده از معادلة S=1/2at^2 ،شتاب (a) را حساب كنيد. زمان لازم براي چاپ 50 نقطه يك ثانيه است. بنا براين ، a=2s مي شود.

 

معادله اي براي قانون دوم نيوتون ...

 

شتاب×جرم= نيرو

 

F=m a

 

اندازه حركت

 

وقتي توپ را در حال حركت را متوقف كنيم ، ضربهاي احساس مي كنيم. زيرا توپ اندازه حركت دارد ومقدار آن برابر «سرعت توپ×جرم توپ» است.

 

اندازه حركت كسب شده = ضربه

 

اندازه حركت كسب شده = زمان× نيرو

 

مدت زماني كه نيرو اثر مي كند/اندازه حركت = نيرو

 

و به طور كلي،

 

آهنگ تغيير اندازه حركت =نيرو

 

رابطةاخير، شكل ديگر قانون دوم نيوتون است.

 

فشار

 

مقدار نيروي وارد بر سطح 1m^2 ، فشار ناميده مي شود.

 

P=F/A يا مساحت/ نيرو = فشار

 

فشار در مايعات

 

آب در داخل آكواريوم به طور تعجب آوري سنگين است و حتي سنگين تر از مقداري كه فكرش را مي كنيد. وزن آب آكواريوم به طرف پايين بوده وفشاري بر ته مخزن وارد مي كند. شما مي توانيد با تقسيم كردن وزن آب بر مساحت ته مخزن، اين فشار را حساب كنيد.

 

معادله اي براي فشار مايعات...

 

فشار درون يك مايع برابر است با مساحت تقسيم بر نيرو ، كه در آن نيرو عبارت است از وزن مايعي كه بالاي مساحت مورد نظر قرار دارد.

 

فشار از طريق مايعات منتقل مي شود

 

تلمبة دو چرخهاي را پر از آب كرده وانگشت خود را روي سوراخ انتهايي آن قرار دهيد. اكنون سعي كنيد كه با فشار دادن دستة تلمبه، آب داخل آن را متراكم كنيد.

 

حجم آب داخل تلمبه كمتر نمي شود ونيرويي كه به دستة تلمبه وارد مي كنيد از طريق آب به انگشت شما وارد مي شود.

 

فشار سنج مانومتر

 

مانومتر لولة U شكلي است كه حاوي مايع است و براي اندازه گيري فشار گاز به كار مي رود. مخزن گاز از طريق لولة رابط به لولة Uشكل وصل است. فشار گاز در يك شاخة لولة U موجب پايين رفتن مايع و در شاخة ديگر موجب بالا رفتن آن مي شود تا آنكه فشار مايع با فشار گاز به حالت تعادل درآيد. فشار گاز را با اندازه گيري اختلاف ارتفاع مايع در دو ستون (بر حسب سانتيمتر يا متر ) تعيين مي كنند.

 

بارومتر فلزي

 

بارومتر (جو سنج ) وسيله اي است كه فشار جو را اندازه مي گيرد. در يك جو سنج فلزي از يك قوطي فلزي نازك و دربسته ، كه هواي داخل آن خارج شده است، استفاده مي شود.

 

اگر فشار هوا بالا برود، قسمت بالا و پايين قوطي اندكي به طرف داخل فرو مي رود واهرمي كه متصل به زنجير است موجب حركت عقربه مي شود. هنگام كم شدن فشار هوا، قوطي توسط فنر محكمي به حالت اولية خود بر مي گردد.

 

 

نمونه اي از يك نيرو سنج ديجيتالي