هل دادن (نیروی فشاری): نیرویی که جهان را به حرکت درمی‌آورد
نیروی فشاری چیست؟ یک شروع ساده
بیایید با یک آزمایش کوچک شروع کنیم. کف دست خود را به میز فشار دهید. حالا سعی کنید میز را به سمت پایین حرکت دهید. نیرویی که شما برای فشار دادن میز به کار می‌برید، یک نمونه کاملاً ساده از نیروی فشاری است. در واقع، هرگاه دو جسم در تماس با یکدیگر باشند و یکی به دیگری فشار وارد کند یا آن را به جلو براند، یک نیروی فشاری بین آن‌ها ایجاد شده است. این نیرو می‌تواند باعث حرکت یک جسم ساکن یا تغییر سرعت یک جسم متحرک شود.
یک مثال دیگر: وقتی شما یک ماشین اسباب‌بازی را روی زمین فشار می‌دهید تا به حرکت درآید، در حال اعمال نیروی فشاری هستید. یا زمانی که درِ یک بطری را به سمت پایین فشار می‌دهید تا بسته شود، همین نیرو را اعمال کرده‌اید.
تفاوت نیروی فشاری و کششی
نیروها را می‌توان به دو دسته‌ی کلی تقسیم کرد: فشاری و کششی. درک تفاوت این دو بسیار مهم است.
- نیروی فشاری (هل دادن): نیرویی است که باعث فشرده‌شدن یا کوتاه‌تر شدن یک جسم می‌شود. مانند فشار دادن یک فنر یا هل دادن یک گاری.
- نیروی کششی (کشیدن): نیرویی است که باعث کشیده‌شدن یا بلندتر شدن یک جسم می‌شود. مانند کشیدن طناب در بازی طناب‌کشی یا باز کردن کشوی میز.
به زبان بسیار ساده: هل دادن = فشاری و کشیدن = کششی.
| ویژگی | نیروی فشاری | نیروی کششی |
|---|---|---|
| تعریف | نیرویی که اجسام را به هم فشار می‌دهد | نیرویی که اجسام را از هم می‌کشد |
| اثر روی جسم | کوتاه یا فشرده می‌شود | بلند یا کشیده می‌شود |
| مثال روزمره | فشار دادن دکمه‌ی آسانسور | باز کردن در یخچال |
چگونه نیروی فشاری را اندازه‌گیری می‌کنیم؟
برای اندازه‌گیری نیرو از واحدی به نام نیوتن[1] (N) استفاده می‌کنیم. این واحد به افتخار دانشمند بزرگ، آیزاک نیوتن، نامگذاری شده است. نیرو (F) از ضرب جرم یک جسم (m) در شتابی که به آن می‌دهد (a) به دست می‌آید. این رابطه با فرمول معروف نیوتن بیان می‌شود:
که در آن:
F = نیرو بر حسب نیوتن (N)
m = جرم بر حسب کیلوگرم (kg)
a = شتاب بر حسب متر بر مجذور ثانیه (m/s²)
مثال عددی: فرض کنید شما یک جعبه‌ی 5 kg را با شتاب 2 m/s² روی زمین فشار می‌دهید (هل می‌دهید). نیروی فشاری که شما وارد می‌کنید چقدر است؟
طبق فرمول بالا: $ F = 5 \times 2 = 10 N $. بنابراین شما یک نیروی فشاری 10 N به جعبه وارد کرده‌اید.
کاربردهای شگفت‌انگیز نیروی فشاری در دنیای واقعی
نیروی فشاری فقط به هل دادن یک توپ محدود نمی‌شود. این نیرو پایه و اساس بسیاری از پدیده‌ها و فناوری‌های اطراف ماست.
- ساختمان‌ها و پل‌ها: ستون‌های یک ساختمان یا پایه‌های یک پل، وزن تمام سازه را تحمل می‌کنند. این وزن یک نیروی فشاری عظیم به پایه‌ها وارد می‌کند. مهندسان با محاسبه دقیق این نیرو، مصالحی را انتخاب می‌کنند که در برابر این فشار مقاوم باشند تا سازه فرو نریزد.
- هواپیماها: هوایی که زیر بال‌های هواپیما جریان دارد، فشرده می‌شود و یک نیروی فشاری به سمت بالا ایجاد می‌کند که به آن «نیروی برآ» می‌گویند. این نیرو، که نتیجه‌ی فشار هواست، (heavier-than-air) هواپیماهای سنگین‌تر از هوا را به پرواز درمی‌آورد.
- فشار دادن خمیردندان! بله، حتی یک کار ساده‌ای مثل خارج کردن خمیردندان از تیوب نیز یک نمونه از نیروی فشاری است. فشار دادن تیوب، نیرویی به خمیردندان وارد می‌کند و آن را به بیرون می‌راند.
- سیستم ترمز خودرو: وقتی پدال ترمز را فشار می‌دهید، یک نیروی فشاری از طریق روغن ترمز به لنت‌های چرخ منتقل می‌شود. این لنت‌ها به دیسک چرخ فشار وارد می‌کنند و با ایجاد اصطکاک، خودرو را متوقف می‌سازند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. برای حرکت یک جسم، نیروی فشاری باید بر نیروی اصطکاک غلبه کند. اگر شما به یک دیوار آجری بسیار قوی فشار وارد کنید، مسلماً دیوار حرکت نمی‌کند، اما شما قطعاً یک نیروی فشاری به آن وارد کرده‌اید. این نیرو صرف تغییر شکل بسیار ناچیز دیوار یا گرم شدن نقطه تماس می‌شود.
گرانش به خودی خود یک نیروی کششی است (اجسام را به سمت مرکز زمین می‌کشد). اما اثر آن می‌تواند باعث ایجاد نیروی فشاری شود. مثلاً وزن شما که ناشی از گرانش است، یک نیروی فشاری به صندلی که روی آن نشسته‌اید وارد می‌کند.
این دو مفهوم اغلب با هم اشتباه می‌شوند. نیرو کل مقدار هل دادن یا کشیدن است (بر حسب نیوتن). اما فشار، میزان تمرکز آن نیرو روی یک سطح است و از تقسیم نیرو بر مساحت به دست می‌آید ($ P = \frac{F}{A} $). مثلاً اگر با کف دست به میز فشار دهید (نیرو)، فشار کمی احساس می‌کنید. اما اگر با نوک یک سوزن با همان نیرو فشار وارد کنید، فشار بسیار زیادی ایجاد می‌شود زیرا نیرو روی سطح بسیار کوچکی متمرکز شده است.
پاورقی
[1]نیوتن (Newton - N): واحد استاندارد اندازه‌گیری نیرو در سیستم SI. یک نیوتن مقدار نیرویی است که به یک جسم یک کیلوگرمی، شتابی برابر یک متر بر مجذور ثانیه می‌دهد.