نیرو چیست

برای راحتی کار، نیروها را در دو دسته طبقه بندی می کنیم:
• نیروهای تماسی
• نیروهائی که از دور عمل می کند
• نیروهای تماسی، در اثر فعل و انفعال فیزیکی دو جسم برهم می باشند. مانند: نیروهای اصطکاک، نیروهای کششی، نیروهای نرمال، نیروهای مقاومتی هوا و نیروهای اعمال شده.
نیروهائی که از دور عمل می کند، در اثر فعل و انفعال فیزیکی دو جسم برهم نمی باشند بلکه قادرند که هل دادن و یا کشیدن را به هم بدون تماس فیزیکی اعمال کنند. مانند: نیروی جاذبه خورشید و سیارات منظومه شمسی که علیرغم فاصله زیاد فضائیشان به هم اعمال می کنند (حتی زمانی هم که شما از زمین خارج شده اید، زمین با وجود این به شما نیروی جاذبه اعمال می کند).
مثال دیگر نیروهای الکتریکی است که با وجود فاصله بسیار کم بین الکترون ها و پروتون ها، به همدیگر نیرو وارد می کنند.
مثال دیگر نیروهای مغناطیسی است که دو قطب آهنربا علیرغم فاصله چند سانتیمتری، به هم تیرو وارد می کنند.
واحد نیرو نیوتن است.

یک نیوتن، مقدار نیروئی است که لازم است به جرم 1 کیلوگرمی وارد شود تا 1 m/s2 شتاب بگیرد.
نیرو یک کمیت و مقدار برداری است یعنی هم مقدار و بزرگی دارد و هم جهت.
جرم یک جسم یعنی مقدار ماده تشکیل دهنده آن جسم و درصورتیکه وزن یک جسم برابر است با نیروئی که جاذبه به آن جسم اعمال می کند.
جرم یعنی “چقدر ماده” و وزن یعنی “کشش زمین به جسم”.
جرم یک جسم (برحسب کیلوگرم) در همه جا ثابت است و جرم در نقاط مختلف (ماه، زمین و سایر سیارات) تغییر نمی کند.
ولی وزن (برجسب نیوتن) در مکانهای مختلف جهان تغییر می کند.
وزن که همان نیروی جاذبه است، برحسب g (شتاب جاذبه) محاسبه می گردد که g برای زمین مقدارش 9.8 m/s2 است. در ماه 1.7 m/s2 است.

قانون اول نیوتن
یک شیئی که در حالت سکون است تمایل دارد که برای همیشه در حالت سکون باقی بماند و شیئی که در حال حرکت است مایل است با همان سرعت و در همان جهتی که دارد برای همیشه در حرکت باشد، مگر اینکه تحت تأثیر نیروئی واقع شود.
بیان بالا دو قسمت دارد: یکی رفتار شیء در حالت سکون را پیش بینی می کند و دیگری شیء در حالت حرکت را.
چند مثال روزمره از قانون اول نیوتن:
• وقتی که سوار آسانسوری هستید که در حال پائین آمدن است و ناگهان می ایستد، یکباره خون از مغز شما به پاهایتان سرازیر می شود.
• برای محکم کردن سر چکش، کافی است که از ته دسته چوبی آن را به زمین محکم بکوبید تا سر فلزی چکش محکم شود.
• زیرسری های صندلی های جلوی خودرو شما برای این است که زمانی که خودروی دیگر ازعقب به شما زد، سر و گردن شما صدمه نبینند.
• زمانی که سوار دوچرخه یا وسیله ای هستید و در حال حرکت هستید، زمانی که وسیله شما با مانعی برخورد می کند، شما به جلوی وسیله تان پرتاب می شوید.
تمایل طبیعی اشیاء می باشد که در مقابل تغییراتی که در وضعیت حرکتی آنها تغییر ایجاد می کند مقاومت کنند- این مقاومت، اینرسی نام دارد.
قبل از نیوتن، اعتقاد بر این بود که تمام اجسام در حال حرکت مایلند که به حالت سکون برگردند ولی نیروهایی آنها را وادار به حرکت می کند که آنها نایستند.
حتی امروز مردم معتقدند که نیروئی لازم است که شیء درحال حرکت را وادار به ادامه حرکت کند.
ولی قانون اول نیوتن عکس این موضوع را بیان می کند و می گوید که اگر نیروئی به جسم وارد نشود، تا ابد به حالت حرکتی اش باقی خواهد ماند. نیوتن می گوید:
در واقع، این “نیرو” ست که باعث می شود جسم در حال حرکت به حالت سکون برسد.
آیا تمام اجسام به یک مقدار در مقابل تغییرات در حالت حرکتیشان مقاومت دارند؟ خیر.
این نشان دادن مقاومت بستگی مستقیم با جرم جسم دارد.
در واقع: هرچه جرم بیشتر، اینرسی بیشتر و مقاومت در مقابل تغییرات بیشتر.
حالت حرکت
اینرسی تمایل یک جسم در مقابل تغییرات حرکتی است.

حالت حرکت یعنی تندی (سرعت جهت دار).
بنابراین اینرسی دوباره به اینصورت تعریف می شود:
اینرسی تمایل جسم است که نسبت به تغییر تندی مقاومت می کند
جسم که تندی (سرعت جهت دار) ثابت دارد، شتابش صفر است. بنابراین اینرسی دوباره به اینصورت تعریف می شود:
اینرسی تمایل جسم است که نسبت به شتاب مقاومت می کند.
نیروهای متعادل و نامتعادل
معنای نیروی های متعادل با مثال زیر بیان می شود:
وقتی کتابی روی میز است، دو نیروی اندازه هم و در جهت متقابل به کتاب وارد می شود: نیروی جاذبه کتاب را پائین می کشد و نیروی فشاری میز است که در جهت عکس به طرف بالا اعمال می شود. چون دو نیرو با هم برابرند، کتاب در حالت حرکتی اش که همان سکون بوده باقی می ماند.
این دو نیرو را متعادل می گویند و جسم در حالت تعادل قرار دارد.
وقتی روی زمین ایستاده اید، دو نیرو به شما وارد می شود، یکی کشش جاذبه به جهت پائین و دیگری فشار کف اتاق به جهت بالا.
چون از نظر بزرگی دو نیرو با هم برابرند، همدیگر را خنثی می کنند و شخص در حالت حرکتیش باقی می ماند.
یک نیرو، هل دادن یا کشیدن جسمی است که در نتیجه اثر متقابل با جسم دیگر است.
یعنی هر وقتی که فعل و انفعالی بین دو جسم باشد، نیروئی وجود دارد که به دو جسم وارد می شود. وقتی آن فعل و انفعال پایان یابد، دو جسم نیروئی را دیگر تجربه نمی کنند. یعنی نیرو فقط زمان فعل و انفعال وجود دارد.
قانون دوم نیوتن
بنابر قانون نیوتن، جسم فقط در صورتی شتاب پیدا می کند که نیروی نامتعادل برآن وارد شود. وجود این نیروی نامتعادل باعث می شود که سرعت و جهت جسم در حال حرکت تغییر کند.
قانون دوم نیوتن برای این شرایط است. این قانون می گوید که شتاب یک جسم بستگی به دو متغیراست: یکی نیروی خالص که برجسم وارد می شود و جرم جسم.
بر حسب فرمول:
Fnet = m * a
یک نیوتن بنابر تعریف مساوی است با نیروئی که لازم است به یک کیلوگرم جرم وارد شود تا 1 m/s2 شتاب گیرد.
درک غلط اکثر مردم این است که جسم برای اینکه به حرکت خود ادامه دهد، به نیروهائی احتیاج دارد.
قانون دوم نیوتن اعلام می کند که نیروهای نامتعادل باعث بوجود آمدن شتاب می شوند و این شتاب با جهت این نیروهای نامتعادل همسو می باشد.
قانون سوم نیوتن
همانطور که قبلاً ذکر شد، دو نوع نیرو داریم: نیروهای تماسی و نیروهای غیر تماسی.
وقتی دو جسم با هم فعل و انفعال داشته باشند، به همدیگر نیرو وارد می کنند مانند نشستن روی صندلی. ما به صندلی در جهت پائین نیرو وارد می کنیم و صندلی به ما در جهت بالا.
قانون سوم نیوتن در مورد این نوع نیرو وارد کردن است که به آن “عمل و عکس العمل” می گویند.
“برای هر عملی، به مقدار مساوی در جهت مخالف عکس العمل می باشد”.
پرواز کردن پرندگان را در نظر بگیرید. وقتی آنها بال خود را به پائین فشار می دهند، هوا عکس العمل نشان می دهد و پرنده را به بالا فشار می دهد. اندازه نیرو در هوا با اندازه نیرو در پرنده برابر است.