X
تبلیغات
www.daylam-navid.blogfa.com - قوانین نیوتن و کاربرد آن در زندگی روزمره

www.daylam-navid.blogfa.com

قوانین نیوتن و کاربرد آن در زندگی روزمره

نخستین دانشمندی که بطوراصولی مفاهیم جرم ونیرورا

درحرکت واردکردنیوتن بودکه سه قانون اساسی دینامیک رابه نام خودوضع کرد .

قانون اول نیوتن :هرجسمی حالت سکون یاحرکت مستقیم الخط یکنواخت خود را ادامه می دهدمگراینکه نیرو(یانیروهایی)ازخارج برآن اثرکند.

تمایل اجسام به ماندن درحالت سکون یادرحالت حرکت یکنواخت برخط راست "لختی "یا"اینرسی "گویند.

همه اجسام مادی دارای این خاصیت هستندکه دربرابر

هرتغییری که درسرعت آنهاحاصل شودمقاومت می کنند،

آنهایی که ساکنندمی خواهنددرحال سکون باقی بمانندو

آنهایی که درحرکتندمی خواهندبدون تغییرسرعت (ازلحاظ جهت واندازه)به حرکت خودبرخط راست ادامه دهند.

امروزه ازاین قانون درارسال سفینه های فضایی وپرتاب ماهواره های مخابراتی وتحقیقاتی به خارج ازجوزمین استفاده می شودکه این ماهواره هاوسفینه هاهنگام خروج ازنیروی جاذبه زمین بدون نیازبه موتوربه حرکت یکنواخت باسرعت اولیه ادامه می دهند که این بزرگترین وپیشرفته ترین تحقیقات وارتباط می باشد.

استفاده سرنشینان وسایط نقلیه ازکمربندایمنی درحال رانندگی پیروی ازقاعده وقانون اول نیوتن می باشد،که همانطورکه گفتیم طبق دارابودن خاصیت لختی اجسام درحرکت یکنواخت هنگامی که اتومبیل قصدتوقف دارد سرنشینان تمایل به ادامه حرکت خوددارندولی چون اتومبیل به حالت سکون درمی آیدلذابه سمت جلوپرت می شوندواین کمربندباعث عدم آسیب به ایشان میگردد

هرچه اندازه لختی یک جسم بیشترباشدمقاومت آن در برابرتغییرسرعت بیشتروبنابراین نیروی لازم جهت تغییر وضعیت حرکت یاسکون آن بزرگتراست .

مثلاًبرای به حرکت درآوردن یک ترن یایک کِشتی درحال سکون ورساندن سرعت آن به حدلازم یانگه داشتن آن کاردشواریست ونیروی بیشتری نیازدارد.

قانون دوم نیوتن :طبق قانون اول شتاب جسمی که تحت تاثیرهیچ نیروئی نیست صفراست ،این قانون می گوید:

هرگاه جسمی تحت تاثیرنیروئی واقع شوددرجهت آن نیرو شتابی می گیردکه بانیرو نسبت مستقیم وباجرم جسم نسبت معکوس دارد.به عبارت دیگر:

تغییراندازه حرکت یک جسم درواحدزمان برابراست با نیروئی که برجسم واردمی شود ودرجهتی است که نیرو برجسم اثرمی کند.یعنی

  =Amv/Atزمان تغییر/تغییراندازه حرکت =نیرو

بااستفاده ازاین قانون بسیارارزشمندنیوتن بسیاری از کارهای سخت بامحاسبه دقیق به آسانی قابل اجراو امکانپذیرگردید.نیروهای لازم جهت شتاب موتورهای صنعتی و وسایل نقلیه ،آسان کردن حمل ونقل به سمت بالاهمچون قرقره های بزرگ وکوچک ،انواع بالابرها، آسانسورها وغیره ...

یکی ازجالب ترین کاربرداین قانون ایجاد شیب های عرضی درپیچ وخم جاده ها جهت عدم انحراف وخارج شدن خودروهاازمسیرجاده می باشد ،براساس اصول مهندسی درسرپیچ های جاده هاشیب عرضی ایجاد میشودتاخودروهابدون خطرانحراف وخارج شدن ازمسیر، جاده راطی کنند"زاویه شیب عرضی جاده باراستای افق چقدربایدباشدتاهنگامی که خودرو بابیشینه سرعت مجاز پیچ جاده رامی پیمایدازمسیرجاده منحرف نشود؟"

(ازاصطحکاک درعرض جاده چشم پوشی می کنیم .)

بااستفاده ازقانون دوم نیوتن این مسئله به راحتی قابل محاسبه است :دونیرو،یکی نیروی وزن خودروmg ودیگری نیروی عمودی سطح جاده Nبرخودرو واردمی شونداین نیروها برمحورxوyهاتجزیه می کنیم :

Fy=0==  Ncosa-mg=0==  Ncosa=mg

Fx=Nsina=mv^2/r

که دررابطه فوق rشعاع انحنای جاده است

درنتیجه شیب عرضی آن tana=v^2/rg

وبادادن شیب بدست آمده به عرض جاده درسرپیچ ها سلامت وامنیت رابه رانندگان داده می شود.

یکی دیگرازکاربردقانون دوم نیوتن محاسبه میزان شتاب لازم جهت شروع به پروازهواپیما ومقدارمسافتی که باید طی کندتابه آن شتاب لازم درآید.

قانون جهانی گرانشی نیوتن مشهوربه افتادن سیب آشنا است که توانسته شدنیروی ربایشی بین دوجرم رابدست آورد:F=G.m1.m2/d^2                     

بااستفاده ازهمین قانون نیزوزن تقریبی زمین وسیارههای مختلف بدست آورده که جزبااستفاده ازاین قاعده غیرممکن خواهدبود:

(   Me=WRe^2/Gm   )

محاسبه نیروی کشش طناب درقرقره ها،بکسل درآسانسوروبالابرها وتسمه درموتورهاونیروی جانب مرکز همه تابع پیروی ازقانون دوم نیوتن می باشد.

دربرخی وسایل الکترونیکی مانندتلویزیون،...الکترونهارا سرعت می دهندو واردمیدان الکتریکی می کنندمیدان الکتریکی برالکترون نیروی الکتریکی واردمی کندوبه آن شتاب میدهد دراین حالت الکترون باسرعت v0درراستای عمودبرمیدان الکتریکی شلیک می شودمیدان الکتریکی یکنواخت فرض می شود،برای اختلاف پتانسیل میان دوصفحه آن مقدارثابت vاست ،استفاده شده است دراین حالت باتقریب خوبی می توان گفت

که میدان الکتریکی درفضای داخل

آن یکنواخت ودرفضای بیرون آن صفر

است دومحورمختصات رامنطبق بر

میدان الکتریکی وعمودبرآن فرض

می کنیم اگر اندازه بارالکتریکی را

باeوجرم آن راباmeفرض کنیم ،

نیروی الکتریکی واردبرالکترون درراستای قائم F=-Ee  .

    قانون اول نیوتن رفتاریک جسم رادرحالت تعادل بیان می کندواین حالتی است که برآیندنیروهای واردبرآن جسم صفراست .

   قانون دوم نیوتن بیان می کندکه اگرنیرو(یابرآیندنیروها )

صفرنباشدچگونه درحرکت جسم تغییرحاصل می شود.

   قانون سوم نیوتن اثرمتقابل دوجسم رابریکدیگربیان  می کند.(هرچه کنی به خودکنی )

ترجمه کلمه به کلمه قانون سوم ازکتاب اصول نیوتن چنین است :"برای هرعملی عکس العملی است مساوی باآن ودرخلاف جهت آن "

به عبارت دیگرعملهای دوجسم بریکدیگرهمواره مساوی و درجهت مخالف هم است .

درهنگام خروج گلوله ازتفنگ عقب زدن خودتفنگ مثالی روشن ازاین قانون است یاراه رفتن موجودات و... .

درزندگی روزمره کاربردهای زیادی ازقانون سوم نیوتن          

 می شود ساختن انواع نیروسنج هاوترازوها،قدرت لازم و جهت حرکت موتورهاجهت به حرکت درآمدن آنهامثل پنکه شناورهاووسایل نقلیه ،ایجادنیروبه زمین وپرتاب موشکها، تناسب بین وزن ونیروی سلاحهای گرم ،نیروی فنرو اصطحکاک وغیره ... .

نیروی تکانه :مقدارنیروی لازم جهت جابجایی واحدجرم به طول یک متردرثانیه راگویندP=m.v.

 

 

+ نوشته شده در  شنبه چهارم خرداد 1387ساعت 0:39  توسط نوید  |