مفهوم نیرو و دینامیک

تعریف نیرو و دینامیکهر اتفاقی گه در جهان رخ میدهد،از حرکت سیاره ها گرفته تا انرژی تولید شده در درون اتم، به دلیل وجود نیروست. نیروهای کششی یا رانشی باعث حرکت یا دوران اجسام میشوند. نیروهای بزرگ میتوانند حرکت و جنبش بیشتری به اجسام بدهند. هنگامی که دو یا چند نیرو هم زمان با هم به جسمی وارد شوند اثراتشان باهم ترکیب میشوند. گاهی وقت ها نیروها با یکدیگر جمع میشوند و نیرویی بزرگ تر ایجاد میکنند و گاهی وقت ها یکدیگر را از بین میبرند.به طور مثال طناب کشی: در این بازی دو گروه طناب را تا جایی میکشند که یکی از گروه ها موفق شود گروه مقابل را از خط میان خودشان عبور بدهند. اغلب هیچ کدام از گروه ها تکان نمیخورند، زیرا نیروی ایجاد شده به وسیله ی دو گروه ، متعادل (مساوی و در خلاف جهت هم) است و نیروی گروه مقابل را از بین میبرد.هر گروهی که بیشتر به طناب نیرو وارد سازد برنده خواهد شد.واحد اندازه گیری نیرو:واحد اندازه گیری نیرو نیوتون میباشد که با نماد N نشان داده میشود. این نماد از اسم آیزاک نیوتون فیزیک دان انگلیسی، گرفته شده است. نیرو به وسیله ی نیروسنج یا نیوتون متر اندازه گیری می شود، هنگامی که وزنه ای به قلاب آویزان می شود، فنر را به پایین می کشد و ما میتوانیم عدد روی مقیاس را بخوانیم. بروی زمین نیروی وزن وزنه ای یک کیلوگرمی، ۹/۸ نیوتون است.نیروهای دوران:جسم میتواند حول نقطه ای ثابت، که به آن محور دوران گفته می شود بچرخد. اگر نیرویی بر جسم وارد شود ، جسم حول محور دوران می کند. به عامل چرخش، گشتاور نیرو و به اثر آن، گشتاور گفته می شود. نیروی بیشتر ، گشتاور بیشتری تولید می کند.همچنین، هر گاه نیرو در فاصله ی بیشتری از محور دوران به جسم وارد شود، گشتاور بیشتری خواهد داشت.به طور مثال فرغون :فرغون براحتی میتواند حول محور ی که از مرکز چرخ بزرگ جلویی آن میگذرد، بچرخد. هنگامی که کارگر دسته های فرغون را بالا می کشد، باعث حرکت فرغون به سمت بالا و دوران حول چرخ جلو می شود. بدنه و دسته ی بلند فرغون باعث می شود که به راحتی به سمت بالا حرکت کند و خاک و شن های سنگین داخل آن را به راحتی خالی شوند.کاربرد های نیرو:به کارگیری نیرو برای حرکت دادن جسم:نیروی اعمال شده به جسم ، موجب حرکت آن می شود. تا قبل از انکه بازی در زمین فوتبال آغاز شود، توپ بر روی زمین فوتبال ساکن است. وقتی که داور آغاز بازی را اعلام می کند، به توپ ضربه زده می شود، سپس توپ در جهت ضربه شروع به حرکت میکند. هر چقدر ضربه سخت تر باشد، نیروی وارد بر توپ بیشتر است. نیروی بیشتر باعث می شود که توپ در هوا سریع تر حرکت کند.کاربرد نیرو در تغییر جهت:چنان چه توپ به سمت دروازه پرتاب شود، دروازه بان با اعمال نیرو به زیر توپ باعث تغییر جهت توپ و مانع ورود توپ به درون دروازه میشود. هرچه پرتاب توپ سنگین تر باشد، کار دروازه بان برای گرفتن یا تفیر جهت دادن آن مشکل تر میشود.نیروهای تعادلی:نیروهای وارد بر جسم میتوانند شکل آن ها را تغییر دهند.نیرویی که به وسیله ی پا به توپ وارد میشود، آن را بر روی زمین ثابت میکند. فشار وارد بر توپ باعث تغییر شکل آن میشود و حالت ارتجاعی در توپ ایجاد می کند. این حالت ارتجاعی نشانه ی خاصیت گشسانی در توپ است و با برداشتن پا از روی آن به شکل اولیه ی خود باز می گردد.ترکیب نیروها:هنگامی که چند نیرو در یک جهت به جسمی وارد می شوند، نیرویی بزرگ تر به وجود می آورند و زمانی که در جهت های مخالف به جسم نیرو وارد می شوند، می توانند یکدیگر را خنثا کنند. اگر نیروهای وارد بر جسم ساکن، باعث حرکت آن نشوند، می توانند باعث تغییر شکل آن بشوند. هرگاه ترکیب نیروها، یک نیروی برایند به وجود آورد، باعث حرکت جسم در جهت برایند نیروها می شوند.برای درک بهتر این موضوع پل معلق را مثال خواهیم زد، پل معلق به کمک ستون های خود، وزن پل و وزن وسایل نقلیه ای که از روی آن میگذرند را تحمل میکند و پا برجا باقی می ماند. پل های معلق به کمک کابل های فولادی بسیار محکم و ضخیم که ستون های بلند پل را به بدنه ی اصلی آن وصل کرده اند، تعادل خود را حفظ میکند. کابل ها و ستون ها به گونه ای به یکدیگر متصل شده اند که هیچ نیروی غالبی در هیچ جهتی وجود نداشته باشد. نیروهای وارد بر پل یکدیگر را خنثا میکنند و پل در حالت تعادل باقی می ماند.دینامیک:دینامیک علمی است که به بررسی و مطالعه ی چگونگی حرکت جسم پس از وارد شدن نیرو به آن می پردازد. معمولا اجسام یا ساکن هستند یا به روی خط راست در حال حرکت هستند. اجسام به دلیل وجود لختی در برابر تغییر حرکت مقاوت، و به دلیل اندازه حرکت خود یکباره شروع به حرکت میکنند. انواع حرکت با سه قانون حرکت قابل توضیح اند. این سه قانون در اصل به وسیله ی فیزیک دان انگلیسی، سر آیزاک نیوتون، به کار گرفته شدند.قانون حرکت:سه قانون حرکت نیوتون ( که معمولا قانون های نیوتون نامیده می شوند) توضیح میدهند کخ چگونه نیروها باعث حرکت اجسام میشوند. نیروهای وارد بر یک جسم در تعادل حالت، باعث حرکت آن نمی شوند. هنگامی که چند نیرو به جسمی وارد می شوند، برایند آن ها در یک جهت قرار میگیرد. برایند نیروها باعث می شوند که سرعت جسم یا جهت حرکت آن تغییر کند. فیریک دان ها تغییر سرعت یا جهت آن را شتاب می نامند.سه قانون اصلی نیوتون:قانون اول: یک جسم یا ساکن است یا به طور یکنواخت بر روی خط راست حرکت میکند.مگر انکه نیرویی بر ان وارد شود. به عنوان مثال ، راکت روی سکوی پرتاب ساکن باقی می ماند زیرا هیچ نیرویی بر راکت وارد نمی شود تا آن را به حرکت وا دارد.قانون دوم: هنگامی که نیرویی بر جسمی وارد میشود. در سرعت یا جهت حرکت ان تغییراتی ایجاد می کند. هنگامی که موتور راکت روشن می شود نیروی تولید شده راکت را از سکوی پرتاب بلند میکند و آن را به فضا میفرستد.قانون سوم: هنگامی که نیرو به جسمی وارد می شود جسم کشیده یا به عقب هل داده می شود.این واکنش مساوی نیروی اصلی، ولی در خلاف جهت آن است. هنگامی که گازهای داغ از موتور راکت به بیرون و به سمت پایین پرتاب می شوند، نیرویی مساوی با آن، راکت را به بالا هل می دهدلختی:قانون اول نیوتون می گوید، هرگاه به جسمی نیرو وارد نشود، جسم یا ساکن است یا به طور یکنواخت با سرعت ثابت بر روی خط راست حرکت می کند. به این خاصیت، لختی گفته میشود. لختی با وزن جسم رابطه ی مستقیم دارد، یعنی با بزرگ شدن جرم و وزن جشم مقدار لهتی آن نیز بزرگ می شود. اجسام سنگین که مقدار لختی زیادی دارند، نسبت به اجسام سبک به سختی حرکت می کنند. همچنین لختی باعث می شود که اجسام سنگین متحرک نسبت به اجسام سبک به سختی متوقف شوند.آزمایش آدمک در هنگام تصادف:هنگامی که خودرویی با شتاب به جلو حرکت می کند، باعث ایجاد عدم تعادل در مسافران می شوند و آن ها را به عقب می راند و هنگامی که خودرو ترمز می کند مسافران را به جلو پرتاب میکند.این پدیده به دلیل وجود لختی در مسافران است که با تغییر وضعیت مخالفت می کند. به هنگام آزمایش استاندارد تصادف، از آدمک هایی که هم وزن انسان بالغ هستند استفاده می شود.اندازه ی حرکت: اجسام متحرک به دلیل داشتن اندازه حرکت، به حرکت خود ادامه میدهند. اندازه حرکت اجسام متحرک با افزایش جرم و سرعت آن زیاد می شوند. اجسام سنگین تر، که سریع تر حرکت میکنند، اندازه حرکت بیشتری دارند، بنابراین متوقف کردن آن ها مشکل تر است. هرگاه یک کامیون و یک خودرو با سرعتی یکسان حرکت کنند نیروی وارد بر کامیون برای متوقف ساختن آن، بیشتر از خودرو است. زیرا جرم بیشتر کامیون نسبت به خودرو باعث می شود که اندازه حرکت آن بیشتر از خودرو باشد.