قوانین نیوتن (قسمت 3)
نيرو:
بهطور معمول مىتوان واحدهاى مربوط به نيرو را در رابطه با شتاب جسم تعريف کرد. واحد نيرو در آمريکا پوند و در سيستم متريک نيوتن مىباشد که اندازهٔ آن برابر با مقدار نيرويى است که شتاب حرکت جسم يک پوندى و يا يک کيلوگرمى را به مقدار يک فوت و يا يک متر بر مجذور ثانيه تسريع نمايد. بسيار بجا خواهد بود تا در اينجا سخن نيوتن در مورد قانون دوم در رابطه با حرکت را دوباره مدّنظر قرار دهيم. بهطورى که در معادلهٔ زير آمده است.
F=Kma
چنانچه ارزشهاى عددى که در تعريف واحد نيرو بهکار رفته شده در معادلهٔ فوق منظور نماييم چنين خواهيم داشت:
IN=K×1Kg×1m/s2
1=K×1×1
و در اين صورت به شکل شناخته شده و اصلى آن مانند زير در مىآيد:
F=ma
واحدهاى ديگرى که در توصيف حرکت خطى در اين زمينه مورد استفاده قرار مىگيرند مربوط به طول، زمان، جرم و يا نيرو مىباشند بهعنوان مثال واحد اندازهٔ حرکت را مىتوان از رابطه:
سرعت × جرم = اندازهٔ حرکت
واحد سرعت × واحد جرم = واحد اندازهٔ حرکت
واحد زمان / واحد طول × واحد جرم = واحد اندازهٔ حرکت
متر بر ثانيه × مقدار لختى = واحد اندازهٔ حرکت
بهدست آورد.
وزن
نيروى کششى است را که از طرف جاذبهٔ زمين بر جسم وارد مىشود وزن آن جسم گويند. بنابراين وزن بدن يک کشتىگير که ۷۴ کيلوگرم است و نيز نيروى جاذبهٔ زمين که بر او وارد مىشود برابر با ۷۴ کيلوگرم خواهد بود. وزن، اسمى است که بر روى نيروى خاصى گذارده شده است، و لذا همانطورى که حرف g براى شتاب حرکت سقوط آزاد اجسام در نظر گرفته شده است حرف W هم براى نشان دادن وزن يک جسم بهکار برده شده است و نمايانگر نيروى مخصوص جاذبهٔ زمين مىباشد.
در قانون جاذبهٔ زمين که بهوسيلهٔ نيوتن مطرح شده چنين اظهار شده است که نيروى وارده از طرف جاذبهٔ زمين بر اجسام با توجه به موقيعت آنها يعنى دورى و نزديکى به مرکز زمين مختصرى تفاوت دارد. بهطور مثال کشتىگيرى که در کنيا وزن شود وزن بدنش حدود نيم کيلوگرم از مقدارى که در فنلاند بهدست آمده است بيشتر است.
در اينجا لازم است تذکر داده شود که وزن با جرم جسم نبايد اشتباهاً يکسان گرفته شود زيرا در مثال فوق جرم بدن کشتىگير عليرغم موقعيت و محل آن روى پوستهٔ زمين همواره مقدارى است ثابت. ليکن وزن او امکان دارد به لحاظ اينکه در چه نقطهاى از کرهٔ زمين قرار گرفته است تغيير حاصل نمايد. بنابراين از اينجا چنين نتيجه مىگيريم که جرم يک ماده همواره ثابت مىباشد و تحت تأثير انتقال مکان کم و يا زياد نمىشود.
با وجود اينکه جرم و وزن داراى تفاوتى به شرح فوق مىباشند اما در بين اين دو کميّت رابطهٔ قاطع و روشنى وجود دارد. چنانچه جاذبهاى برابر با W بر او وارد مىکند و در نتيجه در آن لحظه شتاب حرکت او به طرف زمين يا بستر ترامپلين زيادتر مىگردد. رابطهٔ بين وزن، جرم و شتاب حرکت او به طرف مرکز زمين در قانون دوم نيوتن به روشنى ديده مىشود. چنانچه مىتوان معادلهٔ F=ma را به ترتيب زير نوشت:
F=ma
W=mg
m=W/g
بنابراين چنانچه وزن بدن ژيمناست ۱۶۱ پوند باشد داراى جرمى معادل با ۵ اسلاگ خواهد بود.
m=۱۶۱/۳۲.۲=۵ Slugs واحد جرم
و يا کسى که ۴ اسلاگ جرم داشته باشد وزن بدنش برابر با ۸/۱۲۸ پوند مىگردد.
W=۴×۳۲.۲ = ۱۲۸.۸ پوند
مطالب مندرج در این وبلاگ در رابطه با رشته مهندسی مکانیک می باشد و تلاش شده است که از بار علمی بالایی بر خوردار باشند. امید است که مفید به فایده واقع گردند.