پشتیبانی

آموزش علوم متوسطه - نیرو و حرکت

آموزش علوم متوسطه - نیرو و حرکت

با سلام خدمت بازدید کنندگان عزیز. در پست امروز مطلب بسیار کاملی از فصل 4 و 5 علوم نهم(نیرو و حرکت) را بر روی وبسایت قرار داده ام. حتما این مقاله را بخوانید

  


 

مکانیک نیوتونی

رابطه ی بین نیرو و شتاب اولین بار توسط آیزاک نیوتون (1727- 1642) مطرح شد. تدوین قوانین کلاسیک حرکت، از جمله قانون دوم نیوتون که قانون اساسی دینامیک محسوب می شود، از کارهای وی محسوب می شود. در اوایل قرن بیستم با ظهور دو نظریه ی نسبیت خاص و مکانیک کوانتومی معلوم شد که مکانیک کلاسیک (نیوتونی) در مورد سرعت های خیلی زیاد ( نزدیک به سرعت نور) و اجسام بسیار کوچک (ملکول ها، اتم ها و موجودات زیر اتمی) نظریه ی کار آمدی نیست و به نتایج صحیحی منجر نمی شود. با وجود این، مکانیک نیوتونی در مورد پدیده های روزمره کاملا معتبر است.



نیروی وارد شده به جسم به آن شتاب می دهد


بقیه در ادامه مطلب.................

قانون اول نیوتون

((هر جسمی حالت سکون، یا حرکت یکنواخت روی خط راست را حفظ می کند مگر اینکه ناچار شود در اثر نیروهایی که به آن وارد می شود حالتش را تغییر بدهد.))

این قانون در واقع شامل خاصیتی به نام لختی ( یا اینرسی) در همه ی اجسام است. لختی هر جسم مقاومتی است که جسم در مقابل هر گونه تغییر در حالت حرکت از خود نشان می دهد. بنابراین، جرم هر جسم معیاری از لختی آن است.

نیرو

اکنون ما باید یکای نیرو را تعریف کنیم. ما می دانیم که نیرو می تواند به یک جسم شتاب بدهد، بنابراین ما باید یکای نیرو را برحسب شتاب داده شده به جسم استاندارد تعریف کنیم. هنگامی که نیرویی به جسمی به جرم یک کیلوگرم شتابی برابر با یک متر بر مجذور ثانیه می دهد بزرگی این نیرو برلابر یا یک نیوتون است و هنگامی که دو برابر نیروی بالا را به همان جسم استاندارد وارد کنیم شتاب جسم برابر با 2 متر بر مجذور ثانیه می شود.

نیرو بی تردید کمیتی برداری است ( هم مقدار و هو جهت دارد). و از جمع بردار ها تبعیت می کند. هنگامی که چند نیرو به جسمی وارد می شود برایند آن نیرو ها به صورت یک تک نیرو (نیروی خالص) به جسم وارد می شود.

قانون اول نیوتون: اگر برایند نیروهای وارد بر جسم صفر باشد، سرعت جسم تغییر نمی کند که این به معنی این است که شتاب حرکت جسم صفر است. 

چارچوب مرجع لخت

 

مکان یا هر سرعت هر جسم فقط نسبت به اجسام دیگر معنی پیدا می کند. چارچوب مرجع نیز یک موجود فیزیکی است (مانند جاده، قطار، درخت و یا  خود کره ی زمین) که دستگاه مختصات به آن متصل شده است. چارچوب مرجعی که در آن قانون اول نیوتون صادق باشد، چهارچوب مرجع لخت نامیده می شود. چنین چارچوب هایی با استفاده از قانون اول نیوتون تعریف می شوند:

"در چارچوب های مرجع لخت، جسمی که تحت تاثیر نیروی خالصی نباشد یا ساکن می ماند یا با سرعت ثابت حرکت می کند".

بنابراین هر چارچوبی که نسبت به یک چارچوب لخت با سرعت ثابت در حرکت باشد خودش نیز یک چهارچوب لخت است.

جرم 

یک تعریف مناسب برای جرم که از قانون اول نیوتون حاصل می شود، این است که:

"جرم یک جسم معیاری از لختی یا مقاومت در برابر تغییر سرعت است."

می دانیم که جرم کمیتی اسکالر و خاصیت ذاتی هر جسم است و به مکان جسم بستگی ندارد. برای مقایسه جرم های دو جسم، دو جسم مورد نظر را روی سطحی بدون اصطکاک قرار می دهمی و به هر دو نیروی مساوی F را وارد می کنیم، مشاهدی می کنیم که جسم سنگین تر شتاب کمتری نسبت به جسم سبکتر دارد. حالا اگر نیروی به جسم m0 شتاب a0 را بدهد، و همین نیرو به جسم mx شتاب ax را بدهد، نسبت این دو جرم برابر است با:

(1-5)                                                                           

با حل این معادله برای mx و قرار دادن مقادیر  این کمیت ها خواهیم داشت:

(2-5)                                          

قانون دوم نیوتون   

((نیروی خالص وارد بر جسم برابر است با حاصل ضرب جرم جسم در شتاب جسم))

این قانون چگونگی ارتباط بین شتاب، جرم و نیروی وارد شده به جسم را بیان می کند:

(3-5)                                                                         

در سه بعد، برای مولفه های نیرو داریم:

(4-5)                                      

مشاهده می کنیم که شتاب داده شده به جسم در جهت نیروی وارد شده بر آن است. توجه داشته باشید که جهت حرکت جسم (جهت سرعت) در حالت کلی با جهت نیروی وارد بر آن یکی نیست. همچنین قبلا گفته شد که شتاب هر جسمی در تمام چارچوب های مرجع لخت یکسان است، که این نتیجه می دهد: قانون دوم نیوتون در تمام چارچوب های مرجع لخت شکل یکسانی دارد. یکای نیرو در SI کیلوگرم-متر بر مجذور ثانیه است که نیتون نامیده می شود:

(5-5)                                              

نیروهای خاص  

نیروی گرانشی

نیروی گرانشی نوعی خاصی از نیروی جاذبه است که دو جسم به واسطه ی جرم هایشان به یکدیگر وارد می کنند. در اینجا ما نیروی گرانشی ناشی از برهمکنش اجسام مختلف با زمین را بررسی می کنیم. بنابراین نیروی گرانشی وارد به اجسام مختلف همواره به طرف مرکز زمین بوده و مقدار آن برابر است با:

(6-5)                                                                       

(7-5)                                                                       

که در آن g شتاب سقوط آزاد است.

ما می توانیم قانون دوم نیوتون را برای نیروی گرانشی به شکل برداری بنویسیم:

(8-5)                                                          

وزن

وزن یک جسم W برابر است با اندازه ی نیروی خالصی که برای جلوگیری از سقوط آزاد جسم لازم است. برای مثال شما برای اینکه  توپی را در دست خود در حالت سکون نگه دارید، باید نیرویی برابر نیروی گرانشی وارد بر جسم و در خلاف جهت به آن وارد کنیم. ما می توانیم قانون دوم نیوتون را برای محور y  با جهت مثبت به طرف بالا به شکل زیر بنویسیم:

(9-5)                                                                      

اگر جسم حرکت نکند شتاب آن صفر خواهد بود:

(10-5)                                                                  

(11-5)                                                                        

بنابراین وزن جسم برابر است با بزرگی نیروی گرانش وارد بر جسم:

(12-5)                                                                        

نیروی عمودی سطح (نیروی تماسی)

اگر شما روی سطحی ایستاده باشید. زمین نیروی گرانشی به طرف پایین به شما وارد می کند، اما شما ساکن باقی می مانید، این به دلیل است که نیرویی از طرف سطح به طرف بالا و بزرگی برابر با نیروی گرانش به شما وارد می شود.

هنگامی که جسمی بر روی یک سطح نیرو وارد می کند، سطح تغییر شکل داده و نیرویی عمودی FN به جسم وارد می کند که این نیرو بر سطح عموداست.

طبق شکل 5-4 ما می توانیم قانون دوم نیوتون را برای محور y ها  به شکل زیر بنویسیم:

 (13-5)                                                                

با قرار دادن مقدار نیروی گرانش خواهیم داشت:

(14-5)                                                               

بنابراین بزرگی نیروی عمودی سطح برابر است با:

(15-5)                                                  

هنگامی که شتاب حرکت در راستای محور y برابر صفر باشد، داریم:

(16-5)                                                                  

اصطکاک

اصطکاک نوعی نیروی تماسی است که با حرکت نسبی دو جسم که با هم در تماس اند مخالفت می کند. به طور کلی ویژگی های این نیرو به شرح زیر است:

1-     نیروی اصطکاک متناسب با نیروی است که دو جسم را به هم می فشارد.

2-     نیروی اصطکاک بستگی محسوسی به مساحت سطح تماس دو جسم ندارد.

3-     نیروی اصطکاک (در سرعت های نسبتا کم) مستقل از سرعت است.

کشش:

وقتی یک ریسمان ( یا طناب، نخ، کابل و ... ) به یک جسم متصل کنیم و آن را بکشیم، ریسمان نیز جسم را با نیروی T به طرف ما می کشد. این نیرو در امتدار ریسمان است و اغلب نیروی کشش ریسمان (کشش) نامیده می شود. ریسمان اغلب بدون جرم و غیر ارتجاعی در نظر گرفته می شود.

شکل 5-6، نیروی وارد بر دو انتهای طناب از نظر بزرگی یکسان هستند.

قانون سوم نیوتون

وقتی به جسمی نیرو وارد می کنیم احساس می کنیم که جسم نیز نیرویی به ما وارد می کند، هر چه میزان نیرویی که ما به جسم وارد می کنیم بیشتر باشد، نیروی که به ما وارد می شود نیز بیشتر است. قانون سوم نیوتون یا قانون کنش و واکنش می گوید: هنگامی که دو جسم با هم برهمکنش دارند (به یکدیگر نیرو وارد می کنند)، نیروی وارد شده بر هر جسم از طرف جسم دیگر، از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف هم هستند.

برای صندوق چوبی و کتاب در شکل 5 -7، بزرگی دو نیرو برابر و در جهت مخالف یکدیگر هستند بنابراین به شکل برداری می توانیم بنویسیم:

 (17-5)                                                                  

 

شکل 5-7، (a) کتاب به صندوق چوبی تکه داده است. (b) نیروهای وارد شده بر کتاب و صندوق.

و در شکل 5-8 برای برهمکنش میز - گرمک داریم:

(18-5)                                                                  

که در آن FCE و FEC در شکل 5- نشان داده شده است.

و برای برهمکنش گرمک - زمین می توانیم بنویسیم:

(19-5)                                                                 

که در آن FCT و FTC در شکل نشان داده شده است.

مثال های از کنش و واکنش:



http://s8.picofile.com/file/8277813642/6_02.gif


http://s8.picofile.com/file/8277813626/gr9ec01_gd_0016.png



اگر کلاس نهمی هستید حتما از صفحات زیر بازدید کنید:



برای دانلود پاورپوینت تمامی فصل های علوم نهم کلیک کنید


برای دانلود جزوات تمامی فصل های علوم نهم کلیک کنید

برای دانلود پاسخ فعالیت ها، جمع آوری اطلاعات و... علوم نهم کلیک کنید

نویسنده : نظرات () موضوع : علوم نهم، جزوات علوم نهم، سه شنبه 23 آذر 1395 - 08:59 ق.ظ

نظرات

 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر
نظرات پس از تایید نشان داده خواهند شد.

آمار بازدید سایت

بازدیدهای امروز : نفر
--------------------
بازدیدهای روز قبل: نفر
--------------------
بازدید این ماه : نفر
--------------------
بازدید ماه قبل : نفر
--------------------
تاریخ آخرین بروز رسانی :
--------------------
كل بازدیدها : نفر

شبکه های اجتماعی

بنر ها