دانلود تحقیق انواع نیرو ها

انواع نیرو ها

پویایی‌شناسی یا دینامیک نام یکی از شاخه‌های دانش فیزیک است که با نیروها و تأثیر آنها بر حرکت اجسام سر و کار دارد.

دینامیک از دو بخش سینماتیک و سینتیک تشکیل شده‌است. در سینماتیک، حرکت اجسام بدون توجه به عامل ایجاد حرکت و تنها از دیدگاه هندسی بررسی می‌شود. در این بررسی، اجسام می‌توانند به‌صورت ذره و یا جسم صلب مدل‌سازی شوند. در سینتیک، حرکت اجسام با توجه به عامل ایجاد آن بررسی می‌شود. در سینتیک هم، جسم می‌توانند به‌صورت ذره و یا جسم صلب مدل‌سازی شود.

نیروهایی که به یک جسم اثر م یکنند در شکل کلی به دو صورت ظاهر می شوند.

الف) نیروهای تماسی ·    ب) نیروهای میدانی ·

نیروهای تماسی، نیروهایی هستند که در اثر تماس فیزیکی جسم با اجسام دیگر ظاهر میشود، مثلاً تا وقتی جسمی را روی میز نگذاریم، میز به جسم نیروی عمودی سطح وارد نم یکند و یا یک جسم تا در مایع قرار نگیرد از طرف مایع نیروی ارشمیدس رو به بالا به آن وارد نمیشود. در این موارد اجسام در اثر تماس مستقیم با هم در اندرکنش هستند.

نیروهای میدانی، نیروهایی هستند که لازم به تماس دو جسم با هم نیست بلکه نیرو از طریق یک میدان جسم را تحت تأثیر قرار میدهد. حتماً عباراتی چون میدان الکتریکی، میدان مغناطیسی و میدان گرانشی را شنید ه اید؛ بله مثلاً اجسام از طریق میدان گرانشی که اطراف خود بوجود میآورند، دیگر اجسام جرم دار را تحت تأثیر نیروی گرانش خود قرار م یدهند. مثلاً یک جسم لازم نیست روی زمین باشد تا نیروی وزن به آن وارد شود ، بلکه مادامی که در میدان گرانش زمین قرار گرفته به سمت مرکز زمین به آن نیروی وزن وارد میشود. این دسته بندی کلی نیروها رهیافتی برای شناخت نیروهایی است که به یک جسم وارد میشود.

اما دسته بندی علمی و دقیق نیروها به این شکل است:

1. نیروهای گرانشی  2. نیروهای الکترومغناطیس  3. نیروی برهمکنش ضعیف 4. نیروی برهمکنش قوی گرانش و الکترومغناطیس میتوانند در بردهای طولانی اثر کنند. چون فقط با عکس مجذور فاصله کاهش می یابند. تفاوت این دو نیرو در منشأ آنها است. نیروی گرانش به خاطر جرم دو جسم است. یعنی هر جسم جرم دار میدان گرانشی، اطراف خود پدید میآورد که اجسام جر مدار دیگر را تحت تأثیر خود قرار میدهد: این نیرو به این شکل است:

                                                        FG=(Gm1m2)/r2

این همان نیرویی است که سبب چرخش زمین و سایر سیارات به دور خورشید میشود. چون جرم اجسام مثبت است و اصولاً تاکنون ضد ماده با جرم منفی دیده نشده است، نیروی گرانش همواره از نوع جاذبه است . G .  ثابت گرانش جهانی است و مقدار آن برابر است با    G=6/67*10-11  (N.m2/Kg2)  که از ثابتهای مهم فیزیکی محسوب میشود.

منشأ نیروی الکترومغناطیس، بار الکتریکی اجسام است که بخش الکتریکی آن را به نام نیروی کولنی شنیده اید و رابطه آن به شکل  مقابل است:                                      FE=(Kq1q2)r2 

چون اجسام هم میتوانند بار الکتریکی مثبت و منفی داشته باشند این نیرو به شکل جاذبه و دافعه ظاهر میشود این نیرو همان نیرویی است که ساختار اتم را تشکیل میدهد و سبب چرخش الکترون به دور هسته میشود.

 K ثابت دیگری است که قدرت برهمکنش الکتریکی را نشان میدهد و مقدار آن برابر است با:        K= 9*109

 با مقایسه مقدار دو ثابت k و Gمی توان فهمید که چرا ما در تجربه روزمره ربایش الکتریکی بین  شانه و موهای سر را می بینیم، اما جاذبه گرانش بین این دو را ندید هایم و تجربه نیروی گرانشی ما تنها به نیروی وزن که بین اجسام و زمین که یک جرم بسیار بزرگ است محدود میشود.

نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که در مقیاسهای بزرگ اجسام از نظر الکتریکی خنثی هستند. اما همچنان جرم دارند. از این رو نیروهای الکتریکی در سیستمهای بزرگ یکدیگر را خنثی می کنند اما نیروی گرانش همچنان وجود دارد. به این دلیل نیروهای گرانشی در مقیاس کیهانی بر جهان تسلط دارند. برعکس، جهان نزدیک ما تحت تأثیر نیروهای الکتریکی است . چون در مقیاس اتمی از نیروی گرانشی خیلی قویترند . جالب است بدانید به جز نیروی وزن تمام نیروهای دیگری که در فیزیک کلاسیک خود یعنی در دبیرستان با آنها سر و کار دارید منشأ الکتریکی دارند، از آ ن جمله هستند نیروی کشش نخ، ارشمیدس، کشش فنر ، عمودی سطح، اصطکاک و غیره. در مقابل برد برهمکنش نیروهای ضعیف و قوی آنچنان کوتاه است که فقط در فواصل هسته ای 10-15  متر  حائز اهمیت است  متر و حتی در فواصل اتمی  یعنی 10-10  متر قابل اغماضند.

اندرکنشهای قوی در فواصل هسته ای از نیروی الکترومغناطیس بسیار قویترند و همین نیروها باعث پایداری هسته میشوند که در آن تنها بارهای الکتریکی مثبت قرار دارد. اندرکنشهای ضعیف نقش بسیار کمی در جهان دارند و عامل پیدایش و ناجوری نوترینوها، این نیروها هستند

نیروی الکتریکی

نیروی الکتریکی یک نیروی بنیادی است و از بار الکتریکی مایه می‌گیرد. این نیرو ممکن است جاذبه (وقتی‌که دو بار الکتریکی غیر همنوع هستند) یا دافعه (وقتی ه دو بار الکتریکی همنوع هستند) باشد و مقدار آن با حاصل ضرب دو بار الکتریکی نسبت مستقیم و با مجذور فاصله دو بار الکتریکی نسبت معکوس دارد و رابطه آن در دستگاه SI بصورت F=q1q2/4пε0r2 نوشته می شود. هنگامیکه اجسام بادار ساکن باشند، در اینصورت نیروی الکتریکی را که بر یکدیگر وارد می‌کنند، نیروی جاذبه یا دافعه الکترواستاتیک است.

نیروی گرانشی

بر اساس قانون جهانی گرانش ، نیرویی که دو ذره به جرمهای m1,m2 و به فاصله r از هم به یکدیگر وارد می کنند ، نیروی جاذبه‌ای است که در امتداد خط واصل دو ذره اثر می کند. این نیرو با حاصلضرب جرم دو ذره نسبت مستقیم و با مربع فاصله بین دو ذره نسبت معکوس دارد. نیروی گرانشی برخلاف نیروی الکتریکی که آن نیز نیروی عکس مجذوری است، فقط یک نیروی جاذبه است. در این رابطه G ثابت جهانی گرانش بوده و مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است. نیروهای گرانشی به طور نسبی خیلی ضعیف هستند. نیروی جاذبه موجود بین اجسام یک نیروی بنیادی است. این نیرو را به اختصار نیروی گرانشی نیز می‌گویند.

نیروی اصطکاک