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 نیروی اصطکاک اگر جسمی بجرم m را در روی یک میز افقی دراز ، حرکت دهیم، سرانجام متوقف می‌شود.

این گفته به این معنی است که جسم هنگام حرکت تحت اثر شتاب میانگین a که جهتش در خلاف جهت حرکت است قرار می‌گیرد.

هرگاه جسم در یک چارچوب لخت شتاب بگیرد همواره نیرویی مطابق قانون دوم نیوتن به حرکت آن وابسته می‌کنیم، نیرویی که در اینجا شتاب a را در خلاف جهت حرکت جسم ایجاد کرده و موجب توقف جسم می‌گردد، نیروی اصطکاک گویند.

نیروی جانب مرکز اگر حرکت دایروی یک ذره را از دید ناظری که در روی زمین ثابت است، بررسی کنیم در اینصورت این ناظر مشاهده می‌کند که ذره تحت تاثیر یک نیرویی که در امتداد شعاع حرکت دایروی و بطرف داخل بر آن وارد می‌شود، قرار دارد.

این نیرو را نیروی جانب مرکز گویند که با جرم ذره و مجذور سرعت آن نسبت مستقیم و با شعاع مسیر حرکت دایروی نسبت عکس دارد و از رابطه F=mu2/R محاسبه می‌گردد.

نیروی لخت معمولا در حرکت اجسام ، چارچوبهای مرجع که برای بررسی این حرکتها در نظر می‌گیریم، لخت هستند.

اگر چنانچه بجای چارچوب لخت از یک چارچوب نالخت استفاده کنیم، در اینصورت باید از نیروهای غیر نیونی یا نیروهای لختی استفاده کنیم.

بر خلاف نیروهای نیوتنی ، این نیروها را نمی‌توان به یک جسم مشخص در محیط ذره مورد نظر وابسته دانست.

همچنین اگر ذره را از یک چارچوب مرجع لخت مشاهده کنیم، نیروهای لختی ناپدید می‌شوند.

پس در واقع این نیروها را نوعی نیروی مجازی می‌توان در نظر گرفت که در انتقال از یک چارچوب لخت به یک چارچوب نالخت ظاهر می‌شوند.

نیروی گریز از مرکز از جمله نیروهای لختی می‌توان نیروی گریز از مرکز را نام برد.

اگر حرکت دایروی یک ذره را از دید ناظری که روی یک صفحه چرخان در یک چارچوب مرجع نالخت که به همراه ذره می‌چرخد بررسی کنیم، در اینصورت این ناظر ذره را ساکن می‌بینید.

اما اگر این ذره را اندکی در امتداد شعاع دایره به طرف مرکز دایره بکشد، احساس می‌کند که ذره دوباره به عقب بر می‌گردد.

و لذا از نظر این ناظر ذره تحت تاثیر یک نیرویی که در راستای شعاع و بطرف خارج است، قرار می‌گیرد.

این نیرو را نیروی گریز از مرکز گویند.

نیروی هوک یا نیروی فنری زمانی که یک جسم جامدی (مانند یک فنر) تغییر شکل پیدا می‌کند، به شرط اینکه تغییر شکل بیش از حد زیاد نباشد، جسم با نیرویی متناسب با مقدار تغییر شکل در آن مقاومت می‌کند که این نیرو را نیروی کشسانی فنر می‌گویند.

نیروی پیش ران موشک در دستگاههای با جرم متغییر (که در آن جرم به نوعی تغییر می کند) آهنگ انتقال تکانه به داخل (یا خارج) دستگاه ، توسط جرمی که از دستگاه خارج ( یا به آن داخل) می شود ، را بصورت نیرویی تعبیر می‌کند که جرم خارج شده از (یا وارد شده به) دستگاه روی آن اعمال می کند.

در حرکت موشک ، این نیرو را نیروی پیش ران موشک می گویند و هدف طراحان موشک این است که تا حد امکان این نیرو را بزرگتر کنند.

نیروی مغناطیسی دو بار الکتریکی را در نظر می‌گیریم.

اگر این بارها متحرک باشند ، به عبارت دیگر اگر بارها به ترتیب با سرعت های در حال حرکت یکنواخت باشند ، علاوه بر نیروی الکتریکی ، نیروی دیگری نیز به یکدیگر وارد می کنند که این نیرو را نیروی مغناطیسی گویند.

این نیرو نیز مانند نیروی الکتریکی یک نیروی عکس مجذور فاصله است.

با این تفاوت که این نیرو با سرعت بارها نیز نسبت مستقیم دارد.

نیروهای الکترومغناطیسی این نیروها که به نیروهای لورنتس نیز معروف هستند ، دارای قدرت متوسط می باشند.

نیروی الکترومغناطیسی ترکیب دو نیروی الکتریکی و مغناطیسی است.

رابطه این نیرو به صورت است که در آن q بار الکتریکی ذره ، E میدان الکتریکی ، V سرعت ذره باردار و B میدان مغناطیسی است.

نیروهای هسته‌ای این نیروها در واپاشی بتای هسته‌ها و در برهمکنش بسیاری از ذرات بنیادی دخالت دارند.

این نیرو از نیروهای حاصل از برهمکنش های الکترومغناطیسی خیلی ضعیف‌تر هستند.

از این رو برهمکنش واپاشی بتایی را برهمکنش ضعیف می گویند.

پیش بینی می شود که عامل این برهمکنش ، میدان نیرویی است که نه هسته ای ، نه الکترومغناطیسی و نه گرانشی است.

بنابراین به عنوان یکی از نیروهای بنیادی فیزیک محسوب می شوند.

نیروهای هسته‌ای نوع دیگری از نیروها هستند که در فضای هسته وجود دارند.

این نیروها دارای برد کوتاه بوده و در مقایسه با سایر نیروها بسیار قوی هستند.

مفهوم کوتاه برد به این معنی است که به عنوان مثال در ساختمان اتم ، نیروهای الکتریکی بین الکترونها و هسته وجود دارد.

اما اگر به هسته نزدیک شویم ، در فاصله تقریبا کمتر از یک فرمی (10-15 متر) این نیروها اعمال می‌شوند.