جهت شتاب: زبان حرکتِ نیرو
شتاب و نیرو: دو یار جدا نشدنی
برای درک این رابطه، ابتدا باید با دو مفهوم اصلی آشنا شویم:
نیروی خالص چیست؟ معمولاً بیش از یک نیرو بر یک جسم اثر میکند. نیروی خالص، حاصل جمع برداری همه این نیروهاست. اگر نیروها در یک خط باشند، میتوانیم آنها را با علامت مثبت و منفی (مثلاً راست مثبت، چپ منفی) جمع جبری کنیم. نیروی خالص تعیین میکند جسم چه تغییری در حرکتش ایجاد کند.
شتاب چیست؟ شتاب فقط افزایش سرعت نیست! کاهش سرعت (مثلاً هنگام ترمز) و حتی تغییر جهت حرکت با سرعت ثابت هم نوعی شتاب محسوب میشوند، زیرا سرعت (که یک کمیت برداری است) تغییر کرده است.
| موقعیت | توضیح نیروها | جهت نیروی خالص و شتاب | اثر روی حرکت |
|---|---|---|---|
| شوت کردن توپ فوتبال | نیروی پا به توپ (رو به جلو) خیلی قویتر از نیروی مقاومت هوا (رو به عقب) است. | به جلو | توپ با سرعت به جلو شتاب میگیرد. |
| ترمز دوچرخه | نیروی ترمز لنتها بر چرخ (رو به عقب) از نیروی محرک پاها (رو به جلو) بیشتر میشود. | به عقب | دوچرخه کند میشود (شتاب منفی یا کندشونده به عقب). |
| پرتاب موشک به فضا | نیروی عظیم موتورها به سمت پایین (خروج گازها) طبق قانون عمل و عکسالعمل، نیروی خالصی به موشک به سمت بالا وارد میکند. | به بالا | موشک به سمت بالا شتاب میگیرد. |
| کشیدن یک میز روی زمین | نیروی دست شما به راست، اما نیروی اصطکاک۵ زمین به چپ است. اگر نیروی شما بیشتر باشد، نیروی خالص به راست است. | به راست | میز به سمت راست شتابدار حرکت میکند. |
شاهد زنده در اطراف ما: از ورزش تا حملونقل
بیایید نگاهی دقیقتر به چند پدیده روزمره بیندازیم:
مثال ۱: بازی والیبال وقتی ساعد شما به توپ برخورد میکند تا آن را به سوی تور بفرستید، یک نیروی خالص به توپ وارد میشود. جهت این نیرو، جهت حرکت و شتاب توپ را تعیین میکند. اگر بخواهید توپ با زاویه به بالا برود، جهت ضربه (نیرو) باید به سمت بالا و جلو باشد. در این لحظه، جهت شتاب = جهت نیروی دست شما است.
مثال ۲: سقوط آزاد یک سیب سیبی را از درخت رها کنید. نیروی جاذبه زمین (وزن سیب) به سمت پایین، نیروی خالصی است که بر سیب وارد میشود (مقاومت هوا در ابتدا ناچیز است). بنابراین، سیب به سمت پایین شتاب میگیرد و سرعتش مدام افزایش مییابد.
مثال ۳: دور زدن ماشین وقتی ماشین با سرعت ثابت در پیچ جاده دور میزند، جهت سرعتش تغییر میکند. این تغییر جهت، یعنی شتاب. این شتاب از کجا میآید؟ از نیروی اصطکاک بین لاستیک و جاده که به سمت مرکز پیچ وارد میشود. این نیرو، نیروی خالصی است که جهت حرکت ماشین را عوض میکند. پس جهت شتاب نیز به سمت مرکز پیچ است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
۱ شتاب (Acceleration): نرخ تغییر سرعت در واحد زمان. واحد آن متر بر مجذور ثانیه (m/s2) است.
۲ نیروی خالص (Net Force): برآیند یا حاصل جمع همه نیروهای وارد بر یک جسم.
۳ قانون دوم نیوتن (Newton's Second Law of Motion): رابطه بنیادی بین نیرو، جرم و شتاب.
۴ جرم (Mass): مقدار ماده تشکیلدهنده یک جسم که معیاری از اینرسی (مقاومت در برابر تغییر سرعت) آن است. واحد آن کیلوگرم (kg) است.
۵ اصطکاک (Friction): نیروی مقاومتی که در مقابل حرکت نسبی دو سطح در تماس ایجاد میشود.
