نیروی تماسی و غیرتماسی چیست؟
نیرو چیست و چگونه آن را درک می‌کنیم؟
در ساده‌ترین تعریف، نیرو یک کشش یا هل است. هرگاه شیئی شروع به حرکت کند، بایستد، یا جهت حرکتش تغییر کند، می‌گوییم یک نیرو بر آن وارد شده است. به عنوان مثال، وقتی توپی را به طرف دروازه شوت می‌کنید، در واقع به آن نیرو وارد کرده‌اید. نیروها نامرئی هستند، اما همیشه اثرات آنها را می‌بینیم و احساس می‌کنیم.
نیروی تماسی: وقتی اجسام با هم برخورد می‌کنند
نیروی تماسی به نیرویی گفته می‌شود که برای اثرگذاری نیاز به تماس فیزیکی بین دو جسم دارد. یعنی باید بین منبع نیرو و جسمی که نیرو بر آن وارد می‌شود، تماس مستقیم وجود داشته باشد. این نوع نیروها را به راحتی می‌توان در زندگی روزمره مشاهده و لمس کرد.
| نوع نیروی تماسی | توضیح | مثال عینی |
|---|---|---|
| نیروی عمود سطح۳ | نیرویی است که یک سطح به جسمی که روی آن قرار دارد وارد می‌کند. این نیرو همیشه بر سطح عمود است. | کتابی که روی میز قرار دارد. میز به کتاب نیروی عمود سطح وارد می‌کند تا از سقوط آن به پایین جلوگیری کند. |
| نیروی کششی۴ | نیرویی است که وقتی طناب، ریسمان یا سیمی را می‌کشید ایجاد می‌شود. | کشیدن سبد خرید، بازی طناب‌کشی، یا آویزان شدن از میله‌ی بارفیکس. |
| نیروی اصطکاک۵ | نیروی مقاومتی است که در مقابل حرکت نسبی دو سطح تماس ایجاد می‌شود. | توقف دوچرخه پس از ترمز گرفتن، ساییدن دست‌ها به هم برای گرم کردن آنها، راه رفتن بدون لیز خوردن. |
| نیروی مقاومت هوا۶ | نیروی اصطکاکی که هوا بر روی جسمی که در آن حرکت می‌کند وارد می‌آورد. | احساس باد در صورت هنگام دوچرخه‌سواری، باز کردن چتر نجات برای کاهش سرعت سقوط. |
| نیروی ارتجاعی۷ | نیرویی که یک جسم کشسان (مانند فنر) در پاسخ به تغییر شکلش وارد می‌کند. | فشردن یک فنر و رها کردن آن، پرتاب کردن یک تیر توسط کمان. |
نیروی غیرتماسی: جادوی عمل از راه دور
نیروی غیرتماسی نیرویی است که بدون هیچ تماس فیزیکی بین دو جسم، بر آنها اثر می‌گذارد. این نیروها می‌توانند از فاصله‌ی دور عمل کنند و اغلب اسرارآمیز به نظر می‌رسند. شما یک آهنربا را از فاصله‌ی چند سانتی‌متری یک سنجاق می‌گیرید و ناگهان سنجاق به سمت آهنربا می‌پرد. این یک نیروی غیرتماسی در عمل است.
| نوع نیروی غیرتماسی | توضیح | مثال عینی |
|---|---|---|
| نیروی گرانش۸ | نیروی جاذبه‌ای است که هر جسمی دارای جرم، بر جسم دیگری با جرم وارد می‌کند. | سقوط سیب از درخت، گردش سیارات به دور خورشید، حضور ما روی زمین بدون شناور شدن در فضا. |
| نیروی مغناطیسی۹ | نیرویی است که آهنرباها بر مواد مغناطیسی (مانند آهن) یا بر یکدیگر وارد می‌کنند. | چسبیدن آهنربا به در یخچال، کارکرد قطب‌نما، حرکت قطارهای مغناطیسی (مگ‌لو). |
| نیروی الکتریکی۱۰ | نیرویی است که بارهای الکتریکی بر یکدیگر وارد می‌کنند. بارهای همنام یکدیگر را دفع و بارهای غیرهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند. | باد کردن بادکنک و مالش آن به موها که باعث چسبیدن بادکنک به دیوار می‌شود، رعد و برق. |
نیروی گرانشی بین دو جسم با جرم آنها نسبت مستقیم و با مجذور فاصله‌ی بین آنها نسبت معکوس دارد. این رابطه را می‌توان به صورت زیر نشان داد: $F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$ که در آن F نیروی گرانش، G ثابت جهانی گرانش، m1 و m2 جرم دو جسم، و r فاصله‌ی بین مرکز آنها است.
تفاوت‌های کلیدی نیروهای تماسی و غیرتماسی
درک تفاوت بین این دو نوع نیرو بسیار مهم است. جدول زیر خلاصه‌ای از مهم‌ترین تفاوت‌ها را نشان می‌دهد.
| مبنای مقایسه | نیروی تماسی | نیروی غیرتماسی |
|---|---|---|
| نیاز به تماس فیزیکی | بله، حتماً نیاز است. | خیر، از راه دور عمل می‌کند. |
| محدودهٔ اثر | محدوده‌ی اثر کوتاه است (فقط در نقطهٔ تماس). | محدوده‌ی اثر می‌تواند بسیار بزرگ باشد (مانند گرانش بین سیارات). |
| سرعت انتقال اثر | اثر آنی و با سرعت بسیار بالا منتقل می‌شود. | اثر آنی است، اما با افزایش فاصله کاهش می‌یابد. |
| ماهیت نیرو | معمولاً ماهیت الکترومغناطیسی دارند (برهمکنش اتم‌های سطح). | ماهیت‌های مختلفی دارند: گرانشی، الکترومغناطیسی. |
کاربرد نیروها در فناوری و زندگی روزمره
ما از نیروها برای ساخت فناوری‌های شگفت‌انگیز استفاده می‌کنیم. توربین‌های بادی نیروی غیرتماسی باد (که خود ناشی از اختلاف فشار هواست) را به نیروی تماسی در پره‌ها تبدیل کرده و سپس به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. آسانسورها ترکیبی از نیروها را به کار می‌گیرند: نیروی کششی کابل، نیروی عمود سطح کف آسانسور، و نیروی گرانش که همیشه حاضر است. حتی ساده‌ترین فعالیت‌ها مانند نوشتن با خودکار نیز حاصل نیروی تماسی اصطکاک بین نوک خودکار و کاغذ است که باعث می‌شود جوهر بر روی کاغذ باقی بماند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: خیر، این یک اشتباه رایج است. نیروی گرانش زمین حتی در ارتفاع ایستگاه فضایی نیز بسیار قوی است (حدود 90% نیروی گرانش روی سطح زمین). دلیل شناور بودن فضانوردان این است که ایستگاه فضایی و همه‌ی اجزای داخل آن در حال سقوط آزاد به دور زمین هستند. این حالت، احساس بی‌وزنی ایجاد می‌کند، نه نبود گرانش.
پاسخ: بله، کاملاً غیرتماسی است. نزدیک کردن آهنربا برای این است که نیروی مغناطیسی به اندازه‌ی کافی قوی شود تا بر وزن جسم غلبه کند. اما خود نیرو نیاز به تماس ندارد. اگر یک آهنربای بسیار قوی داشته باشید، می‌تواند از فاصله‌ی چند سانتی‌متری یک جسم فلزی سنگین را بلند کند، بدون اینکه تماسی بین آنها برقرار شود.
پاسخ: در مقیاس اتمی و زیراتمی، نیروهای غیرتماسی نقش اصلی را بازی می‌کنند. نیروی الکتریکی که پروتون‌ها و الکترون‌ها را در کنار هم نگه می‌دارد تا اتم‌ها را تشکیل دهند، و نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیف که ذرات درون هسته را به هم متصل می‌کنند، همگی غیرتماسی هستند. نیروهای تماسی که ما در زندگی روزمره می‌شناسیم، در واقع نتیجه‌ی برهمکنش الکترومغناطیسی بین الکترون‌های لبه‌ی خارجی اتم‌های دو جسم هستند.
پاورقی
۱ Contact Force
۲ Non-Contact Force
۳ Normal Force: نیرویی که سطح بر جسم وارد می‌کند و عمود بر سطح است.
۴ Tension Force: نیرویی که در امتداد یک طناب، سیم یا کابل کشیده شده ایجاد می‌شود.
۵ Frictional Force: نیروی مقاوم در برابر حرکت نسبی سطوح در تماس.
۶ Air Resistance Force: نیروی اصطکاکی که سیال (مانند هوا) بر جسم متحرک وارد می‌کند.
۷ Elastic Force: نیروی بازگرداننده‌ای که یک جسم تغییر شکل یافته‌ی کشسان وارد می‌کند.
۸ Gravitational Force: نیروی جاذبه‌ای جهانی بین تمام اجسام دارای جرم.
۹ Magnetic Force: نیرویی که توسط یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود.
۱۰ Electrostatic Force: نیرویی که بین بارهای الکتریکی ساکن ایجاد می‌شود.