پویایی شناسی یا دینامیک نام یکی از شاخه‌های دانش فیزیک است که با نیروها و تأثیر آنها بر حرکت اجسام سر و کار دارد.
دینامیک از دو بخش سینماتیک و سینتیک تشکیل میشود. در سینماتیک حرکت اجسام بررسی می‌گردد که این بسته به اجسام که ذره باشند یا جسم صلب است. در سینتیک عامل حرکت بررسی میشود و به دو بخش سینتیک ذرات و سینتیک اجسام صلب تقسیم می‌گردد.
اما در دینامیک علتهای حرکت مورد توجه قرار می‌گیرند. یعنی هر ذره یا جسم همواره در ارتباط با محیط اطراف خود و متأثر از آنها فرض میشود محیط اطراف حرکت را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به عنوان مثال فرض کنید، جسمی با جرم معین بر روی یک سطح افقی در حال لغزش است. در این مثال سطح افقی به عنوان یکی از محیطهای اطراف جسم با اعمال نیروی اصطکاک در مقابل حرکت جسم مقاومت می‌کند.
نیرو
سلام ] نیرو کمیتی برداری است که می‌تواند سرعت اجسام را تغییر دهد و سبب حرکت آن شود. به عبارتی نیروی عامل حرکت به شمار می‌رود. اگر هیچ نیرویی بر جسم وارد نشود، یا اگر نیروهای وارد بر جسم اثر همدیگر را خنثی کنند، هیچ تغییری در سرعت مشاهده نمی‌شود و جسم در حال تعادل باقی می‌ماند.
دید کلی
• گالیله می‌گفت: وقتی چیزی به حرکت در آمد، به حرکت خود ادامه می‌دهد مگر اینکه عامل دیگری بر آن اثر کند.
هدف ما بررسی نحوه تغییر سرعت است و چیزی را که برای تغییر سرعت اتلاق کنیم نیرو نامیده میشود. در طبیعت نیرو به صور مختلف ظاهر میشود. پدیده‌هایی همچون، حرکت جسمی روی سطح شیبدار، حرکت نوسانی جرم، فنر، حرکت سقوط آزاد اجسام در اثر گرانش، توقف اتومبیل در اثر نیروی اصطکاک، سر خوردن اجسام بر روی سراشیبی در اثر نیروی گرانشی، حرکت ذرات بارداری در میدان الکتریکی در اثر نیروی الکتریکی، تمرکز نوکلئونهای هسته اتم و غیره جلوه‌هایی از نیرو در پدیده‌های فیزیکی میباشند.
نحوه پیدایش مفهوم نیرو
• هنگامی که گالیله، دانشمند ایتالیایی، در قرن شانزدهم جواب قابل قبول سوال چه چیزی باعث حرکت اجسام میشود؟ را بررسی می‌کرد، عامل حرکت (نیرو) مفهوم پیدا کرد.
• ارسطو، فیلسوف یونانی، قرنها پیش جواب سوال اخیر را چنین جواب داده بود که: مادامی که نیروهایی بر اجسام اثر می‌کنند، این اجسام به حرکت خود ادامه می‌دهند.
• نیوتن با کشف عامل سقوط آزاد اجسام و نیروی گرانشی ناشی از جاذبه زمین به عامل حرکت سقوط آزاد مفهوم نیروی گرانشی داد.
• کولن، برهمکنش بارهای الکتریکی بر همدیگر را تحت عنوان نیروی الکتریکی بررسی نمود.
وقتی سنگی در هوا پرتاب میشود، بر طبق بیان ارسطو هوای جابجا شده توسط سنگ به پشت آن آمده و آنرا به جلو می‌راند. در مورد حرکت موشک در فضا نیز همان پدیده اتفاق می‌افتد.
گالیله اولین شخصی بود که با پی بردن به عامل حرکت (نیرو) مسیر حرکت گلوله توپ را در هوا محاسبه نمود.
آزمایش ساده
• وقتی که پا را از روی پدال گاز اتومبیل برداریم، اتومبیل بطور ناگهانی متوقف نمی‌شود، بلکه تا مسافتی پیش می‌رود و به تدریج سرعت خود را از دست می‌دهد. اگر بخواهید اتومبیل متوقف شود باید کاری روی آن انجام دهید و به کمک ترمزها نیرویی به اتومبیل وارد کنید تا متوقف شود.
• سفیه فضایی این موضوع را به وضوح نمایش می‌دهد، زیرا کاوشگر ویجر سالهاست که در فضای منظومه شمسی در حرکت است و به ترتیب سطوح مریخ، مشتری، زحل و نپتون را مطالعه می‌کند، هیچ چیزی این کاوشگر را هل نمی‌دهد. وقتی که بخواهیم ویجر سرعت بگیرد یا از سرعت بیافتد یا اینکه دور بزند، سیگنالهایی برای روشن شدن موشکهای کنترل بسوی آن می‌فرستیم. در این بررسی، نیروی جانب مرکز نقش عمده را بازی می‌کند.
قوانین نیرو
وقتی بر جسمی هیچ نیرویی وارد نشود، می‌گوییم که آن جسم در حال تعادل است. در چنین شرایطی سرعت جسم تغییر نمی‌کند. اگر جسم در حال حرکت باشد، با سرعت ثابت و در مسیر مستقیم به حرکت خود ادامه می‌دهد. اگر در حال حرکت نباشد در همانجا که هست باقی می‌ماند.(قانون اول نیوتن)
اگر بر جسمی چندین نیرو اثر کند و نیروها همدیگر را خنثی نمایند بازهم جسم در حال تعادل است. در مسابقه طناب کشی، اگر نیروهایی که از دو طرف وارد میشود، برابر باشند، طناب در حال سکون باقی می‌ماند. چون دو تیم شرکت کننده در مسابقه در دو جهت مخالف طناب را می‌کشند، نیروها همدیگر را خنثی می‌کنند. در اینجا جهتی که نیرو اثر می‌کند مهم است و حاکی از آن است که نیرو یک کمیت برداری است.
طبق قانون دوم نیوتن] اگر بر جسمی نیرویی وارد شود، جسم شتاب می‌گیرد که نسبت به نیرو بر شتاب این جسم همواره مقداری ثابت میباشد و این مقدار ثابت همان جرم جسم میباشد. یعنی m = f/a که در آن F نیرو، a شتاب m جرم جسم، میباشند.
قانون سوم نیوتن نیروی کنش و واکنش را بیان می‌کند که دو نیروی برابر بوده و در خلاف جهت هم هستند که دو جسم بر هم اثر می‌کند که از نوع نیروی داخلی میباشند و کاری را روی جسم صورت نمی‌دهند، در بیانی دیگر این نیروی داخلی تحت عنوان نیروی عمل و عکس العمل نیز بین اجسام مطرح است.
نیرو از طریق قضیه اندازه حرکت خطی به تغییرات اندازه حرکت خطی مربوط میشود به عبارتی دیگر نیرو یعنی آهنگ تغییر اندازه حرکت خطی:F = dp/dt
نحوه اندازه گیری نیرو
ترازو وسیله‌ای برای اندازه گیری نیروی وزن است. نیروسنجهای مختلفی برای اندازه گیری نیرو ساخته شده‌اند که یک نوع آن نیروسنج وزنی است. کشش وارد بر قلاب آن بر حسب یکی نیرو در سیستم متریک، یعنی نیوتن اندازه گیری میشود.
نیوتن واحد اندازه گیری نیرو در دستگاه SI است که با علامت اختصاری N نشان داده میشود و یک نیوتن برابر نیرویی است که بر وزنه یک کیلوگرمی که تحت شتاب یک متر بر مجذور ثانیه (1m/s2) وارد میشود.
[ویرایش] یکاهای نیرو
یکای نیرو در سیستم متریک نیوتن میباشد و سایر واحدهای آن عبارت‌اند از:
• دین
• پوندال
نیروهای پایه در فیزیک
نیروهای پایه در فیزیک، نیروهایی هستند که تمام پدیده‌های فیزیکی در طبیعت توسط آنها صورت می‌گیرد. ما در فیزیک با چهار نیروی پایه آشنا هستیم: نیروی هسته‌ای ضعیف، نیروی هسته‌ای قوی، الکترومغناطیس و گرانش.
برای توجیه نیروهای گرانش و الکترومغناطیس در فیزیک کلاسیک، چندین اصول موضوع مورد احتیاج و همچنین مورد استفاده بودند. ولی امروزه انسان می‌داند که بر طبق نظریه میدان‌های کوانتومی، همه این چهار نیرو توسط رد و بدل بوزون‌ها صورت می‌گیرند. البته باید، در اینجا توجه کرد که برای نیروی گرانشی، نظریه میدان کوانتومی قابل فهمی هنوز موجود نمی‌باشد. چراکه دو تئوری بزرگ قرن بیستم یعنی مکانیک کوانتومی و نظریه نسبیت عام متاسفانه با هم سازگاری ندارند و بلکه با هم در تضاد هستند.
از طرف دیگر، با افزایش انرژی جنبشی بین دو ذرّه برهمکنش کننده، قدرت نیروهای پایهً بین آنها نیز به هم نزدیک میشود، به طوری که فیزیکدانان بر این باورند که قدرت همه این نیروها در انرژی‌های خیلی بالا، به عنوان مثال هنگامی که مهبانگ رخ داده است، با هم برابر بوده‌است.
جدول نیروهای پایه در زیر آمده است:
0 نظرات:
ارسال یک نظر