نیرو، ویژگی های آن و نیروهای متوازن:

نیرو:

برهمکنش دو جسم بر یکدیگر است. نیرو یک کمیت فیزیکی و قابل اندازه گیری است. یکای نیرو، نیوتن است که با نماد N نمایش داده می شود و وسیله اندازه گیری آن نیرو سنج است.

ویژگی های مهم نیرو:

1) نیرو علاوه بر بزرگی، جهت هم دارد.

2) حداقل دو جسم باید بر هم اثر کند تا نیرو به وجود آید) نیروها همواره به صورت جفت هستند و هیچگاه یک نیروی منفرد نداریم).

3) نیرو، یک نقطه اثر دارد؛ به عبارتی نیرو حداقل در یک نقطه بر جسم اثر می کند.

4) نیرو ممکن است سرعت متحرک را تغییر دهد.

5) نمی توان نیرو را ذخیره کرد؛ یا نیروی هست یا نیست .

6) نیرو می تواند باعث ایجاد تنش در اجسام شود. افزایش تنش در اجسام، باعث تغییر شکل و سپس گسیختگی آنها می شود.

7) نیروها به دو دسته ی تماسی و غیر تماسی (نیروی مغناطیسی، نیروی الکتریکی و ...) تقسیم می شوند.

نیروهای متوازن:

اگر نیروهای وارد بر جسمی هم اندازه و درست برخلاف جهت هم باشند. می گوییم نیروهای وارد بر آن متوازن هستند. اگر نیروهای وارد بر جسم ساکن متوازن باشند، جسم هم چنان ساکن می ماند و به حرکت درنمی آید.

نکته:

نیروهای واردشده بر جسمی که بر مسیر مستقیم حرکت یکنواخت دارد، متوازن هستند. به همین دلیل تغییری در وضعیت حرکت جسم ایجاد نشده و همچنان با تندی ثابت به حرکت خود ادامه می دهند.

قانون های نیوتن:

نیوتن سه قانون مهم برای بررسی عوامل مؤثر بر حرکت اجسام وضع کرد. این سه قانون به ترتیب زیر هستند :

1- قانون اول نیوتن:

هرگاه بر جسمی نیرو وارد نشود ) یا برآیند نیروهای وارد بر آن صفر باشد (، اگر جسم ساکن باشد به حال ساکن باقی میماند و اگر در حال حرکت باشد به حرکت یکنواخت روی خط راست خود ادامه می دهد. این قانون را «قانون ماند یا اینرسی» هم می گویند.

2- قانون دوم نیوتن:

هرگاه به جسمی نیروی خالص وارد شود، جسم شتاب پیدا می کند. این شتاب با برآیند نیروهای وارد بر جسم رابطه مستقیم و با جرم آن رابطه معکوس دارد.

نکته:

1) جسم در جهت نیروی خالص وارد بر آن شتاب می گیرد.

2) اگر نیروی خالص وارد بر جسم صفر باشد، حرکت جسم شتاب نداشته و یکنواخت است.

3- قانون سوم نیوتن:

هر کنش (عملی) دارای واکنشی (عکس العملی) است مساوی با آن و در خلاف جهت آن مثلاً وقتی پای ما به میز برخورد میکند، پای ما درد می گیرد. علت درد پای ما این است که ما با پا نیرویی به میز وارد

کرده ایم و میز هم نیرویی به همان اندازه درست برخلاف جهت به پای ما وارد می کند. در این رویداد نیرویی که پای ما به میز وارد می کند، نیروی کنش و نیرویی را که میز به پای ما وارد می کند، نیروی واکنش می نامیم.

نکته:

1) نمونه هایی از کنش و واکنش نیروی دو بار الکتریکی بر هم و نیروی دو مغناطیس بر هم است.

2) به خاطر داشته باشید که نیروهای کنش و واکنش هیچگاه همدیگر را خنثی نمی کنند. هرچند این دو نیرو مساوی و مختلف الجهت هستند، ولی چون بر دو جسم مختلف وارد می شوند (یکی بر A و دیگری بر B) یکدیگر را خنثی نمی کنند.

نیروی خالص و اثر آن بر اجسام:

نیروی خالص:

اگر در جسمی توازن نیروها به هم بخورد، یعنی نیروهایی که بر آن تأثیر می گذارند، همدیگر را خنثی نکنند. آنگاه نیروی خالصی بر جسم اثر خواهد کرد و جسم ساکن شروع به حرکت می کند؛ یا اگر در حال حرکت باشد، تغییری درحرکت آن به وجود خواهد آمد.

اثر نیروی خالص بر اجسام ساکن و متحرک:

1) جسم ساکن است و نیروی خالص برابر صفر است؛ پس جسم همچنان ساکن می ماند:

2) جسم به سمت راست در حال حرکت است. نیروی خالص برابر صفر است، پس جسم با سرعت ثابت به سمت راست به حرکت خود ادامه می دهد:

3) جسم ساکن است و نیروی خالص برابر 10 نیوتن و به سمت راست است، پس جسم در جهت نیروی خالص یعنی به سمت راست شروع به حرکت می کند:

4) جسم به سمت راست در حال حرکت است. نیروی خالص برابر 10 نیوتن و به سمت راست است (یعنی نیروی خالص هم جهت با حرکت جسم است)، پس سرعت جسم افزایش می یابد:

نیروی وزن:

وزن جسم، نیروی گرانشی (جاذبه ای) است که از طرف زمین بر جرم جسم وارد می شود. وزن جسم را با نیروسنج اندازه گیری می کنند و یکای آن نیوتون (N) است. وزن یک جسم در سطح زمین از حاصلضرب جرم جسم در شتاب جاذبه زمین بدست می آید.

اگر جرم جسم را با m(kg) شتاب جاذبه  را با g(N/kg) و وزن را با W(N) نشان دهیم. رابطه زیر برقرار است:

نکته:

1) شتاب جاذبه در سطح زمین تقریباً 9/8 N/kg است که برای راحتی در انجام محاسبات آن را 10 N/kg (m/s²) فرض می کنند.

2) شتاب جاذبه در سیارات مختلف متفاوت است مثلاً در ماه 1/6 N/kg و در مریخ  4 N/kg است.

نیروی کنش و واکنش:

هنگامی که شما به درخت تکیه می دهید در حال وارد کردن نیرو به درخت هستید و همانطور که شما به درخت نیرو وارد می کنید درخت نیز به شما نیرو وارد می کند که این نیرو دقیقا مساوی نیرویی است که شما به درخت وارد می کنید اما جهت این نیرو مخالف جهت نیروی شماست. به این نیروها، نیروهای کنش و واکنش می گویند.

به عنوان مثال وقتی با دست، دیوار یا خودرویی را هل می دهیم حس می کنیم دیوار یا خودرو نیز ما را هل می دهد. نیرویی که دست به دیوار وارد می کند، کنش نامیده می شود و نیرویی که دیوار به دست وارد می کند واکنش نامیده می شود:

ایزاک نیوتون رابطه بین نیروهای کنش و واکنش را به صورت زیر بیان می کند:

«هرگاه جسمی به جسم دیگر نیرو وارد کند، جسم دوم نیز به جسم اول نیرویی هم اندازه ولی در خلاف جهت وارد می کند.»

بیان بالا معرف همان قانون سوم نیوتون است؛ مثال:

1) موشکی که در حال پرواز به گازی که از آن در حال خروج است نیرو وارد می کند و همچنین گاز در حال خروج نیز به موشک نیرو وارد می کند.

2) هنگامی که توپی را به سوی زمین رها می سازید زمین این توپ را به سوی خود می کشد و توپ نیز زمین را به سوی خود می کشد.

اصطکاک و انواع آن:

اصطکاک:

اصطکاک نیروی مقاومتی است که در مقابل حرکت اجسام بوجود می آید. این نیرو همواره در خلاف جهت حرکت ایجاد شده و با حرکت اجسام مخالفت می کند. برای ایجاد حرکت در اجسام باید نیرویی بزرگتر از نیروی اصطکاک در جهت حرکت اعمال کرد؛ مثلا وقتی جسمی که بر روی زمین قرار دارد را می کشیم یا هل می دهیم نیرویی در خلاف جهت نیروی ما بوجود می آید:

1- نیروی اصطکاک ایستایی:

هرگاه به جسمی که بر یک سطح افقی در حالت سکون است نیروی افقی وارد شود و جسم حرکت نکند و در حال سکون را خنثی F باقی بماند، نشانگر آن است که برآیند نیروهای وارده بر آن صفر است. پس نیرویی به اندازه نیروی وارده، بر جسم وارد می شود که نیروی می کند. این نیرو، نیروی اصطکاک ایستایی نامیده می شود و از برهم کنش بین دو سطحی که نسبت به هم ساکن هستند و با هم در تماس اند به وجود می آید.

2- نیروی اصطکاک جنبشی:

با حرکت جسم جامد بر سطح جسم جامدی دیگر، نیرویی موازی سطح تماس به هریک از دو جسم از طرف جسم دیگر، وارد می شود که نیروی اصطکاک جنبشی نام دارد. نیروی اصطکاک جنبشی از برهم کنش بین دو سطحی که نسبت به هم متحرک می باشند و با هم تماس دارند به وجود می آید. جهت نیروی اصطکاک جنبشی در خلاف جهت حرکت جسم است.

نکته:

1) نیروی اصطکاک بین دو جسم به جنس دو جسم بستگی دارد.

2) نیروی اصطکاک بین دو جسم به علت زبری است که به صورت میکروسکوپی بین دو جسم وجود دارد و با چشم دیده نمی شود.

3) هرچه جسم سنگین تر شود نیروی اصطکاک جنبشی نیز افزایش می یابد.

4) نیروی اصطکاک جنبشی به مساحت سطح تماس دو جسم بستگی ندارد.

5) اصطکاک جنبشی به اندازه ی نیروی پیشران بستگی ندارد و می تواند کم تر ، بیشتر یا هم اندازه ی آن باشد.

6) روی سطح افقی یا سطح شیبدار هر چه جسم سنگین تر باشد، اندازه اصطکاک جنبشی نیز بیشتر است.