اثر گرما بر حجم مواد

گرما حجم مواد را تغییر می دهد. این پدیده را قانون انبساط و انقباض چنین بیان می كند.

وقتی جسمی در اثر گرما جای بیشتری اشتغال می كند و بزرگتر می شود، گوییم منبسط شده است و هنگامی كه جسم در اثر سرما فضای كمتری اشغال می كند و كوچكتر می شود می گوییم منقبض شده است.

اگر بادكنكی را به دهانه یك بطری شیشه ای خالی ببنیدم و بطری را درون ظرف آب داغ بگذاریم بادكنك باد می شود علت این پدیده انبساط هوای درون بادكنك بر اثر گرماست اگر بطری را درون مخلوط آب و یخ بگذاریم بادكنك دوباره چروكیده می شود.

ظرف پر از آب را هم اگر حرارت دهیم سرریز می شود.

البته میزان تغییر حجم مواد(انبساط و انقباض ) یكسان نیست بلكه به نوع ماده بستگی دارد.

به طور كلی

یعنی

ناگفته نماند كه در بین مواد جامد میزان انبساط فلزات از نافلزات بیشتر و میزان انبساط فلزات هم یكسان نیست.

پس از صرف صبحانه به راه افتادند شور و شوق فراوانی وجود بچه ها را فراگرفته بود.

هنگام ظهر جهت اقامه نماز، صرف نهار و استراحت در منطقه خوش آب و هوایی در جاده هراز توقف كردند. پس از نماز و نهار بچه ها مشغول بازی شدند توپ آن ها رفته رفته كم بادتر می شد. مهدی تصور می كرد توپشان پنچر شده اما پدر گفت چون هوای این جا سرد است هوای درون توپ منقبض می شود لذا كم بادتر به نظر می رسد.

هنگام گشت و گذار ناگهان فاصله بین قطعات رآه آهنی كه از آن منطقه می گذشت توجه مهدی را به خود جلب كرد مهدی می پنداشت كه ریل ها شكسته اند اما پدرش گفت این فاصله ها برای جلوگیری از شكستن یا كج شدن ریل ها هنگام انبساط آنهاست.

هنگامی كه به مشهد رسیدند بعد از زیارت حرم مطهر حضرت رضا(ع) جهت خرید به بازار رفتند مهدی كه قرار است به كلاس اول راهنمایی برود برای درس علوم یك دماسنج خرید در زمانهای مختلف حركت مایع رنگین دماسنج را زیر نظر گرفت اما نمی دانست چگونه مایع رنگین در دماسنج بالا و پایین می رود.

پدرش توضیع داد: درون لوله شیشه ای و نازك دماسنج اندكی مایع رنگین(جیوه یا الكل) وجود دارد هنگامی كه دماسنج در جای گرم قرار می گیرد مایع رنگین منبسط می شود و ناچار در لوله بالا میرود و هنگامی كه در جای سرد قرار گیرد مایع رنگین منقبض شده پایین می آید. چون هنگام بازشدن مدارس نزدیك بود خانواده مهدی پس از سه روز اقامت در مشهد به شهر خود مراجعت كردند.

پدیده هایی كه مهدی با آن ها روبرو شد و پدیده های بی شمار دیگری وجود دارند كه با اصل انبساط و انقباض قابل توضیح هستند از جمله: 

- از خودنویس پر از جوهر در روزهای گرم جوهر تراوش می كند.

- سیم های برق را بین تیرها كمی شل می بندند.

- گاهی در هوای گرم لاستیك اتومبیل ها می تركند.

سعی كنید با استفاده از قانون انبساط و انقباض برای هر یك از موارد بالا توضیحی بیابید.

مقایسه دماسنج پزشكی با دماسنج معمولی

سؤال : چرا در دماسنج از الكل و جیوه استفاده می شود؟

در دماسنج ها سه نوع مقیاس وجود دارد.

تبدیل مقیاس ها به یكدیگر:

- تبدیل سلسیوس به فارنهایت:

 سلسیوس را در 8/1 ضرب كرده با 32 جمع می كنیم.

F= 32 + (1.8* C)

- تبدیل فارنهایت به سلسیوس:

 فارنهایت را به 8/1 تقسیم و 32 را از آن كم می كنیم.

C= (F - 32 ) / 1.8

- تبدیل سلسیوس به كلوین:

 سلسیوس را با 273 جمع می كنیم.

K = 273 + C

- تبدیل كلوین به سلسیوس:

 از كلوین 273 كم می كنیم.

C= K - 273

- تبدیل فارنهایت به كلوین:

 می توان ابتدا فارنهایت را به سلسیوس تبدیل كرد سپس آن را با 273 جمع كرد و یا

K = ( F - 32 ) /1.8 + 273

توضیح انبساط و انقباض با نظریه مولكولی:

هنگامی كه ماده ای گرم می شود جنبش و حركت مولكول های آن افزایش می یابد در نتیجه برخورد مولكول ها به یكدیگر بیشتر و فاصله بین مولكول ها زیادتر می شود. زیاد شدن فاصله مولكول ها از یكدیگر به اقزایش حجم ماده (انبساط) منجر می شود.

عكس این مطلب هم درست است یعنی وقتی ماده ای سرد می شود جنبش مولكول ها كاهش و برخورد آن ها كم می شود در نتیجه مولكول ها به هم نزدیكتر و جسم كوچكتر (منقبض) می شود.

انبساط غیر عادی آب:

برخی مواد به خصوص آب از قانون انبساط و انقباض تبعیت نمی كنند به همین علت گفته می شود آب انبساط غیر عادی دارد و به خاطر همین انبساط غیر عادی آب است كه دیواره حوض و یا لوله های آب در زمستان می تركند اگر آب را سرد كنیم مانند همه مواد منقبض می شود تا دمای آن به 4 درجه برسد یعنی آب 4 درجه كمترین حجم و بیشترین چگالی را دارد. اگر آب 4 درجه را سردتر كنیم منبسط می شود تا یخ بزند. علت این انبساط غیر عادی پیوند بین مولكول ها ی آب است این نوع پیوند را كه در سال های آینده با آن آشنا خواهید شد پیوند هیدروژنی می گویند.

انجام دهید

یك بطری شیشه ای را از آب پر كنید و در آن را نبندید سپس بطری را درون حوله یا پارچه ای پیچیده داخل جایخی یخچال بگذارید تا آب درون آن یخ بزند اكنون بطری را از درون جایخی خارج كرده با احتیاط آن را مشاهده كنید آنچه اتفاق افتاده است را تفسیر كنید.

دما پا:

این وسیله كه وظیفه تنظیم دما در وسایل برقی را به عهده دارد بر اساس قانون انبساط و انقباض كار می كند. اساس كار دماپا تفاوت در میزان انبساط دو فلز است. دماپا (ترموستات) معمولاً از دو تیغه هم اندازه از دو فلز غیرهمجنس (غالباً آهن و مس) ساخته می شود كه محكم به هم پرچ شده اند. 

از آنجا كه میزان انبساط فلز مس بر اثر گرما از آهن بیشتر است ، هنگامی كه دمای وسیله برقی از حد معمول بیشتر شود ورقه مسی بیشتر منبسط شده به طرف آهن خم می شود و جریان برق را قطع می كند.

از دماپا در سماور، اتو، جارو، آبگرمكن، منقل و ... برقی استفاده می شود از این وسیله در زنگ اعلام حریق هم استفاده می شود بدین طریق كه گرمای ناشی از آتش سوزی سبب انبساط بیشتر و خمیده شدن ورقه مسی و در نتیجه وصل جریان برق و به صدا در آمدن زنگ خطر می شود.

اثر گرما بر حالت مواد

مواد در دمای معمولی به سه حالت جامد، مایع و گاز وجود دارند. با تغییرات دما حالت مواد تغییر می كند شما شاهد بسیاری از این تغییر حالت ها در محیط اطراف خود هستید.

ذوب:

در جسم جامدی مانند آهن مولكول ها به هم نزدیك، جنبش مولكول ها كم و جادبه بین آن ها زیاد است. اگر جسم جامد گرم شود جنبش و فاصله مولكول ها افزایش و ربایش آن ها كم می شود اگز جسم جامد به اندازه كافی گرم شود ربایش مولكول ها به اندازه ای كم می شود كه می توانند آزادانه

حركت كنند در این صورت جامد به مایع تبدیل می شود این تغییر حالت ذوب نامیده می شود.

 

به بیان ساده تر:

 ذوب یعنی تبدیل جامد به مایع بر اثر گرما و یا

از آنجا كه برای انجام این تغییر حالت گرما جذب می شود به آن گرماگیر گفته می شود.

نقطه ذوب:

 به دمایی گفته می شود كه در آن دما جامد به مایع تبدیل می شود.
مثلاً یخ در دمای صفر درجه به مایع تبدیل می شود پس نقطه ذوب آن صفر درجه سانتی گراد است 

 

سؤال : ذوب شدن آهن چه تفاوتی با ذوب شدن شیشه دارد؟

انجماد:

 اگر مایعی به اندازه كافی سرد شود جنبش و فاصله مولكول ها كم و ربایش مولكول ها افزایش می یابد تا جایی كه مولكول ها دیگر نمی توانند آزادانه حركت كنند در این صورت مایع به جامد تبدیل می شود به این تغییر حالت انجماد می گویند.

انجماد یعنی تبدیل مایع به جامد

از آنجا كه این تغییر حالت با از دست دادن گرما همراه است آن را گرماده می گویند.
در موادی كه نقطه ذوب معین دارند همواره

مثلاً اگر نقطه ذوب آهن 1535درجه باشد نقطه انجماد آن هم 1535درجه خواهد بود.

اثر ناخالصی بر نقطه ذوب و انجماد

حتماً دیده اید كه در زمستان بر سطح خیابان های یخ زده نمك می پاشند.
و یا مخلوطی از آب و الكل به عنوان ضد یخ در رادیاتور اتومبیل می ریزند.
علت هر دو مورد بالا این است كه:

تبخیر :

 تبدیل مایع به بخار یا گاز را تبخیر می گویند. 

 

خشك شدن لباس، چروكیده شدن برگ درختان در گرما نمونه هایی از تبخیر هستند.

 

جوشیدن:

 هرچه مایع گرمتر شود سریعتر تبخیر می شود. اگر گرم كردن مایع ادامه یابد مایع شروع به جوشیدن می كند در هنگام جوشیدن در همه قسمت های مایع حباب هایی از بخار تشكیل می شود.

توجه داشته باشید كه:
- ناخالصی نقطه جوش را بالا می برد. یكی از مزایای ضدیخ در رادیاتور هم همین است.
- در یك ظرف روباز دمای مایع از نقطه جوش بالاتر نمی رود بنابراین برای زودتر پخته شدن غذا شعله چراغ را زیاد نكنید.
- نقطه جوش به فشار هوا بستگی دارد(در مناطق كوهستانی نقطه جوش پایین تر است)

 

انجام دهید:
- اندكی آب درون یك سرنگ وارد كنید اكنون دهانه سرنگ را با انگشت محكم بگیرید و پیستون آن را به عقب بكشید اگر كار را درست انجام دهید خواهید دید كه آب درون سرنگ خواهد جوشید. 

 

 

 

 

- ظرف شیشه ای نشكن (پیركس) مانند ارلن را تا كمتر از نیمه آب كرده روی شعله حرارت دهید تا آب درون آن به جوش آید اكنون شعله را خاموش و دهانه ظرف را به چوب پنبه محكم ببندید اگر ارلن را زیر آب سرد بگیرید. و یا به بدنه آن یخ بمالید آب درون ارلن دوباره شروع به جوشیدن خواهد كرد و این درحالی است كه دمای آب ارلن خیلی پایین تر از نقطه جوش است و جوشیدن آب در هر دو مورد به خاطر كاهش فشار هوا است.

تذكر: هرگز برای انجام این آزمایش از بطری های شیشه ای معمولی استفاده نكنید.

 

 

میعان :

 اگر بخار یا گاز به اندازه كافی سرد شود مولكول ها تا حدی به هم نزدیك می شوند كه بخار به مایع تبدیل می شود این تغییر حالت میعان نام دارد.
به بیان دیگر :میعان یعنی مایع شدن و یا تبدیل بخار یا گاز به مایع 

 

تشكیل شبنم، مه، تشكیل ابر و بارش ، تشكیل قطرات آب برروی شیشه ای پنجره در زمستان نمونه هایی از عمل میعان هستند.
میعان هم مانند انجماد با از دست دادن گرما همراه است بنابراین گرماده محسوب می شود.

بدنیست بدانید كه:
اگر بخار آب موجود در هوا از حد معمول بیشتر باشد چنین هوایی را شرجی یا سیرشده یا اشباع می نامند.
هوای شرجی گرمتر از حد معمول به نظر می رسد زیرا عرقی كه بر سطح بدن تشكیل می شود به سرعت تبخیر نمی شود تا بدن خنك شود. سواحل شمالی و جنوبی ایران چنین هوایی دارند.

بدون شرح

به تبدیل مستقیم جامد به گاز تصعید می گویند. 

 

بلورهای ید، كافور و قرص های نفتالین اگر در ظروف روباز قرار گیرند بدون آنكه مایع شوند مستقیما به گاز تبدیل می شوند(ناپدید می شوند) این تغییر حالت ها نمونه هایی از عمل تصعید هستند.
یخ خشك یا كربن دی اكسید جامد هم كه از سرد و متراكم كردن گاز كربن دی اكسید حاصل می شود به سرعت به گاز تبدیل می شود(تصعید) از این ماده برای سرد كردن مواد و در صحنه های تئاتر برای تشكیل محیط مه آلود استفاده می شود.

چگالش:

عكس عمل تصعید است یعنی تبدیل گاز به جامد
تشكیل برفك یخچال و تشكیل برف در آسمان نمونه هایی از عمل چگالش هستند.

برفك یخچال هنگامی تشكیل می شود كه بخار آب حاصل از مواد غذایی و میوه ها و سبزیجات درون یخچال به اطراف جایخی كه دمای آن كمتر از نقطه انجماد آب است برخورد كنند.

 

تغییر حالت ها را به طور خلاصه در نمودار زیر ببینید.

 

دسته بندی مواد

تمام مواد موجود در طبیعت را به دو گروه بزرگ ماده مخلوط و ماده خالص طبقه بندی می كنند.

ادامه این دسته بندی را در نمودار زیر مشاهده كنید.

الف: ماده مخلوط

ماده ای است كه از در هم آمیختن دو یا چند ماده حاصل می شود به شرطی كه هر ماده ویژگی های خود را حفظ كند.

آب نمك، خاك باغچه ، سالاد، شربت خاك شیر، هوا ، شیشه، انواع آلیاژها و ... نمونه هایی از مخلوط هستند.

 

 

 

در محلول های جامد در مایع همیشه جزء مایع  حلال و جزء دیگر حل شونده است

در محلول های مایع در مایع جزئی كه مقدارش بیشتر است حلال و جزء دیگر حل شونده است

 

 

 

سالاد، آجیل، شربت خاكشیر، آب گل آلود و ... همگی مخلوط ناهمگن هستند.

 

ب) ماده خالص:

ماده ای است كه تنها از یك جزء ساخته شده اند به عبارت دیگر ماده خالص ماده ای است كه تنها از یك نوع عنصر و یا یك نوع ماده مركب تشكیل شده است.

اكسیژن، گوگرد ، ئیدروژن و فسفر عنصر خالصند یعنی از مولكول هایی با اتم های یكسان تشكیل شده اند و آب مقطر، كربن دی اكسید، الكل و نمك طعام مواد مركب خالصند.

عنصر یا ماده ساده:

ماده ای است كه از اتم های یكسان ساخته شده است.

فلز:

عناصری مانند آهن، مس، طلا، نقره، آلومینیوم و جیوه را فلز می گویند تقریبا همه این عناصر دارای ویژگی های زیر هستند.

نافلزها:

عناصری مانند كربن، گوگرد، فسفر، ید ، برم و ... را نافلز می گویند نافلزها دارای ویژگی های زیر هستند.

شبه فلز :

عناصری كه خواص آنها از بین فلز و نافلز قرار می گیرد شبه فلز نامیده می شوند. عناصری مانند: سیلسیوم، آرسنیك، آنتیموان، تلوریم، ژرمانیوم جزء شبه فلز ها محسوب می شوند.

ت

ركیب:

ماده ای است كه ذرات سازنده آن از دو یا چند نوع اتم متفاوت تشكیل شده است.

مولكول یك ماه مركب ممكن است از دو ، سه و ... و یا تعداد بسیاری زیادی اتم تشیكل شده باشد.

ناخالصی:

 ماده خالص در طبیعت كمیاب است و به همراه هر ماده مقداری مواد دیگر وجود دارد به این مواد همراه ناخالصی گفته می شود. 

در بیشتر مواقع سعی می شود درجه خلوص مواد را بالا ببرند اما گاهی ناخالصی های همراه مواد سبب بهبود ویژگی ها و افزایش استحكام مواد می شود: مثلا با افزودن ناخالصی به فلزات آلیاژ یا همجوشه ساخته می شود كه از نظر استحكام و دوام مطلوب تر است.

در جدول زیر با برخی از آلیاژها و كاربرد آنها آشنا می شوید.

انحلال پذیری :

اگر حل كردن شكر در آب را ادامه دهیم به جایی می رسیم كه دیگر شكر در آب حل نمی شود به چنین محلولی سیرشده می گوییم.

اگر حلال را گرم كنیم مقدار بیشتری از حل شونده را در خود حل خواهد كرد به این محلول فوق اشباع یا فراسیر شده می گویند بنابراین افزایش دما سبب افزایش انحلال پذیری می شود.

اگر چنین محلول هایی سرد شوند مقداری از ماده حل شده بصورت بلور از محلول جدا می شود یعنی قابلیت حل شدن با كاهش دما كم می شود.

به طور كلی انحلال پذیری یعنی بیشترین مقدار ماده ای كه در یك دمای معینی می توانند در ١٠٠ گرم آب حل شود.

انحلال پذیری گازها: گازها هم مانند جامدات و مایعات در آب حل می شوند، ماهی ها از اكسیژن محلول در آب استفاده می كنند. كربن دی اكسیدكربن محلول در نوشابه از ایجاد تغییرات شیمیایی نامطلوب در نوشابه جلوگیری می كند.

البته بر خلاف آنچه در بالا گفته شد انحلال پذیری گازها با افزایش دما كاهش می یابند نمودار مقابل این مطلب را نشان می دهد.

همان طوركه از نمودار بر می آید هر چه آب گرمتر شود از مقدار اكسیژن محلول در آن كاسته می شود.

جداسازی اجزاء یك مخلوط:

در بیشتر مواقع لازم است كه اجزاء یك مخلوط را از هم جدا كنیم. برای تهیه آب شیرین نمك و سایر املاح را از آب جدا می كنند . فراورده های نفتی هم بصورت مخلوط با یكدیگر تحت عنوان نفت خام یافت می شوند.

زمانی می توان اجزاء یك مخلوط را از هم جدا كرد كه اجزاء حداقل در یك ویژگی با هم اختلاف داشته باشند.

الف) صاف كردن:

از این روش هنگامی استفاده می شود كه اجزاء مخلوط از نظر اندازه ذرات با هم تفاوت داشته باشند. الك كردن آرد، جداكردن شن و ماسه از یكدیگر، جداكردن تفاله از چای نمونه هایی از صاف كردن هستند.

ب) سرریز كردن:

هنگامی از این روش استفاده می شود كه یك جزء از جزء دیگر سبك تر باشد. اگر مخلوط آب روغن بی حركت بماند چون روغن از آب سبك تر است بر روی آب قرار می گرید و می توان با سر ریز كردن و یا با استفاده از وسیله مقابل كه قیف جدا كننده یا قیف دكانتور نامیده می شود آن ها را از هم جدا كرد.

 

ج) تبلور:

از روش تبلور برای جدا كردن جزء جامد از مایع استفاده می شود . اگر مخلوط جامد در مایعی مانند آب نمك را سرد كنیم از آنجا كه انحلال پذیری با كاهش دما كم می شود مقداری از حل شونده بصورت بلور در ته ظرف ته نشین می شود .

ه) تقطیر جزء به جزء:

از این روش برای جدا كردن اجزاء مخلوط چند مایع كه نقطه جوش متفاوت دارند استفاده می شود اجزاء نفت خام را به همین روش از هم جدا می كنند. به این ترتیب كه نفت خام را تا ٤٠٠ درجه سانتیگراد حرارت می دهند تا بسیاری از اجزاء آن به جوش آیند و به صورت بخار در آیند. نفت خام حرارت داده شده را به قسمت پایین دستگاهی به نام برج تقطیر می فرستند بخارات حاصل هنگام صعود از دستگاه به سینی های نصب شده برخورد كرده و بر اساس تفاوت نقطه جوش به مایع تبدیل و از هم جدا می شوند.

نیرو و انواع آن

انواع نیرو

یک نیرو کشیدن و یا هل دادن یک جسم است که حاصل برهمکنش آن با جسم دیگری می باشد. نیرو انواع مختلفی دارد. قبلا در این درس بر اساس دو جسم در برهمکنش با هم در تماسند یا خیر، در دو گروه اصلی قرار گرفتند.

نیروهای موثر از راه دور

• نیروی گرانشی
• نیروی الکتریکی
• نیروی مغناطیسی

نیروهای تماسی

• نیروی اصطکاک
•  نیروی کشش
•  نیروی نرمال
• نیروی مقاومت هوا
• نیروی اعمالی
• نیروی ارتجاعی

شرح نیرو

 

نیروی اعمالی ( F_app نیروی اعمالی)

نیرویی است که توسط با یک جسم به جسم دیگر وارد می شود. اگر کسی میزی را در طول اتاق هل دهد، یک نیروی اعمالی وجود دارد که به جسم وارد می شود، نیروی اعمالی نیرویی است که توسط شخص به میز اعمال می شود.

نیروی گرانش ( تحت عنوان وزن ) F_grav

نیروی گرانش نیرویی است که زمین، ماه و یا هر جسم که جرم زیادی دارد، جسم دیگر را توسط آن به سوی خود می کشد. با این تعریف، این وزن جسم می باشد. همه ی اجسام روی زمین تحت تاثیر نیروی گرانش هستند که جهت آن " رو به پایین " به سمت مرکز زمین است. نیروی جاذبه ی زمین برابر وزن جسم و معادل رابطه ی زیر است.

در حالی که g= 9.8 m/s² ( روی زمین ) و m = جرم ( در واحد )

( توجه: وزن و جرم را اشتباه نگیرند )

نیروی نرمالF_nrom

نیروی نرمال، نیروی نگهدارنده ای است که به یک جسم در تماس با جسم ثابت دیگر وارد می شود. برای مثال اگر کتابی روی یک سطح باشد، سطح نیرویی رو به بالا به کتاب وارد می کند تا وزن آن را تحمل کند. در برخی موارد، یک نیروی نرمال افقی بین دو جسم که با هم در تماسند وجود دارد. برای مثال شخصی که به دیوار تکیه داده است. دیوار به صورت افقی فرد را هل می دهد.

نیروی اصطکاک F_fric

نیروی اصطکاک نیرویی است که توسط سطح به جسم در حال حرکت روی آن و یا به جسمی که سعی دارد روی آن وارد می شود. حداقل دو نوع نیروی اصطکاک وجود دارد – نیروی اصطکاک ایستایی و لغزشی. این دو نیرو همیشه برابر نیستند، نیروی اصطکاک معمولا مانع حرکت جسم است. برای مثال اگر یک کتاب روی سطح یک میز سر بخورد، میز نیروی اصطکاکی در خلاف جهت حرکت به آن وارد می کند. نیروی اصطکاک ناشی از دو سطحی است که به هم فشرده شده اند و نتیجه نیروهای جاذبه ی بین مولکولی، بین مولکول های دو سطح متفاوت است. بیشترین نیروی اصطکاکی که یک سطح می تواند به یک جسم وارد کند با فرمول زیر محاسبه می شود:

F_fric ≤ µ × F_normµ= ضریب اصطکاکی

نیروی اصطکاک بعدا در درس های بعدی با جزئیات بیشتری شرح داده می شود.

نیروی مقاومت هوا F_air

نیروی مقاومت هوا، نوع خاصی از نیروی اصطکاک است که وقتی اشیا در هوا در حرکتند بر آن ها اعمال می شود. نیروی مقاومت هوا معمولا مانع حرکت اجسام است. این نیرو در بسیاری از موارد به دلیل مقدار ناچیزش نادیده گرفته می شود ( و به این دلیل که از نظر ریاضی محاسبه ی مقدار آن مشکل است.) این نیرو بیشتر در مواردی قابل توجه است که اشیا با سرعت زیاد حرکت می کنند ( یعنی راکت ها یا اسکی سرعت ) یا اشیایی با سطح مقطع بزرگ.

نیروی کشش F_ten

نیروی کشش نیرویی است که از یک سر ریسمان، طناب، کابل یا سیم زمانی که توسط نیروی اعمالی شدیدا کشیده است، به سر دیگرش شده است، به سر دیگرش منتقل می شود. جهت نیرو در جهت طول طناب و مقدار آن برابر نیرویی است که ازسر دیگر طناب به آن اعمال شده است.

نیروی ارتجاعی F_spring

نیروی ارتجاعی نیرویی است که فنر کشیده شده یا فشرده شده ی متصل به یک به آن جسم وارد می کند. جسمی که فنر را می کشد یا آن را فشرده می کند، تحت تاثیر نیرویی قرار می گیرد که آن را به حالت تعادلش بر می گرداند . برای بیشتر فنرها (خصوصا آن هایی که از قانون " هوک " تبعیت می کنند ) مقدار نیرو با میزان کشیدگی یا فشردگی فنر نسبت مستقیم دارد.

نیرو و نمایش آن

مفهوم نیرو

یک نیرو کشیدن و یا هل دادن یک جسم است که حاصل بر همکنش آن با جسم دیگری می باشد. وقتی بین 2 جسم بر همکنش وجود دارد به هریک از دو جسم نیرو وارد می شود. وقتی برهمکنش متوقف می شود دیگر نیرویی بر اجسام وارد نمی شود. نیروها نتایج بر همکنش می باشند.

برای سادگی، همه ی نیروها ( برهمکنش ها ) بین اشیا، در دو گروه اصلی قرار می گیرند:

         نیروهای تماسی

         نیروهای اعمالی با فاصله

نیروهای تماسی آن هایی هستند که اگر دو جسم در برهمکنش با هم در تماس فیزیکی باشند، به وجود می آیند.

نیروهای تماسی شامل نیروهای اصطکاکی ، کششی، نیروهای نرمال ، مقاومت هوا و نیروهای اعمالی می باشد. این نیروهای خاص بعدا با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار می گیرند.

نیروهای موثر از راه دور آن هایی هستند که اگر در جسم در برهمکنش با هم در تماس فیزیکی نباشند، به وجود می آیند، این که دو جسم از نظر فیزیکی جدا هستند می توانند همدیگر را بکشند یا هل دهند. نیروهای موثر از راه دور شامل نیروی گرانش می شود. مثلا خورشید و سیارات با وجود فاصله ی بسیار زیاد در فضا، کشش گرانشی روی همدیگر دارند. حتی زمانی که پاهای شما روی زمین نیستند و شما با زمین تماس فیزیکی ندارید کشش گرانشی بین شما و زمین وجود دارد. نیروهای الکتریکی نیز نیروهای موثر از راه دور هستند. برای مثال پرتوها در هسته اتم و الکترون ها خارج هسته با وجود فاصله ی کمی که دارند جاذبه ی الکتریکی به همدیگر دارند.

نیروهای مغناطیسی نیز، نیروی موثر از راه دور هستند. برای مثال دو آهنربا با وجود فاصله ی چند سانتیمتری از هم، کشش مغناطیسی دارند. این نیروهای خاص بعدا با جزئیات بیشتری بحث می شوند.

نمونه هایی از نیروهای تماسی و نیروهای موثر از راه دور در زیر لیست شده اند:

نیروهای موثر از راه دور

• نیروی گرانشی
• نیروی مغناطیسی
• نیروی الکتریکی

نیروهای تماسی

•  نیروی اصطکاک
•  نیروی کشش
• نیروی نرمال
• نیروی مقاومت هوا
• نیروی اعمالی
• نیروی ارتجاعی

نیرو کمیتی است که با استفاده ازواحد استاندارد نیوتن اندازه گیری می شود. نیوتن با " N " نشان داده می شود. وقتی می گوییم 10N  یعنی 10 نیوتن نیرو.

یک نیوتن نیرویی است که برای این که به جسمی به جرم 1 کیلوگرم، 1 m/s²  شتاب بدهیم نیاز است. بنابراین:

نیرو یک کمیت برداری است. همان طور که در بخش قبل آموختید، کمیت برداری کمیتی است که هم اندازه دارد و هم جهت.

برای این که نیروی وارد شده به جسم را به طور کامل شرح دهید، هم باید اندازه ( مقدار یا ارزش عددی ) و هم جهت آن را مشخص کنید. بنابراین 10N توضیح کامل نیروی اعمالی به یک جسم نیست. طبق قرارداد 10 نیوتن، به سمت پایین یک تعریف کامل برای نیرویی است که به جسم وارد می شود، هم بزرگی ( 10 نیوتن ) و هم جهت ( به سمت پایین ) مشخص شده اند.

از آنجا که نیرو یک کمیت برداری است و جهت دارد، معمولا نیروها را با استفاده از دیاگرام هایی برداری که معمولا در فیزیک به کار برده می شوند در بخش معرفی شده اند. اندازه پیکان بزرگی و جهت آن، جهت نیرو را نشان می دهد( چنین دیاگرام هایی را دیاگرام نیرو می گویند. ) به علاوه چون نیروها، کمیت برداری هستند، اثر یک نیروی مجزا روی یک جسم، اغلب با اثر نیروی دیگر خنثی می شود. برای مثال، اثر یک نیروی 20 نیوتن که رو به بالا به کتاب وارد می شود به وسیله ی اثر نیروی 20 نیوتن که رو به پایین به کتاب وارد می شود خنثی می گردد. در این مدار گفته می شود که دو نیروی مجزا با هم خنثی شده اند. احتمال دارد نیروی خنثی نشده ای به کتاب وارد شود.

وضعیت دیگر که می توان تصور کرد این است که، دو نیروی برداری مجزا، همدیگر را خنثی کرده اند ( تعادل ) ، اما یک نیروی سوم مجزا وجود دارد که با نیروی دیگری خنثی نمی شود. برای مثال، کتابی را فرض کنید که روی سطح میز از چپ به راست سر می خورند. نیروی جاذبه رو پایین است و نیروی که میز وارد می کند رو به بالا. بنابراین همدیگر را خنثی می کنند. اما نیروی اصطکاک رو به چپ است و نیرویی به سمت راست وجود ندارد که آن را خنثی کند. پس یک نیروی خارجی روی آن اثر کرده و حالت حرکت آن را تغییر می دهد.

جزئیات دقیق دیاگرم های نیرو بعدا مورد بحث قرار می گیرند. اکنون، تاکید بر این است که نیرو یک کمیت برداری و جهت دارد. اهمیت این امر زمانی روشن می شود که بعدا اثر نیروهای اثر نیروهای مجزا روی جسم در این درس تجزیه و تحلیل می شود.

نیرو    

در قسمت دینامیك، به توضیح علت سكون و حركت اجسام می‌پردازیم.

به شكل های زیر خوب نگاه كنید. به نظر شما وجه مشترك آن ها در چیست؟

(الف) مرد بسكتبالیست توپ را هل می‌دهد. (رانش)

(ب) طناب، اسكی باز را می‌كشد. (كشش)

(ج) كره‌ی زمین چترباز را می‌كشد. (كشش)

(د) مرد ماشین بی بنزین خود را هُل می‌دهد. (رانش)

می بینید در هر تصویر بین دو جسم اثری رد و بدل می‌شود كه یا به صورت كشش است و یا رانش كه به آن اثر، نیرو می‌گوییم.

با آن كه در هر دو شكل (ب)، (ج) حرف از كشش بود، اما یك تفاوت ساده وجود دارد، كه برای تشخیص آن تنها نیاز به نگاهی دقیق دارد.

طناب، اسكی باز را می‌كشد. (كشش)

كره‌ی زمین چترباز را می‌كشد. (كشش)

 

طناب و اسكی باز با یكدیگر در تماس هستند، در حالی كه كره زمین و چترباز به صورت غیر تماسی یا از راه دور به هم نیرو وارد می‌كنند. شما نیز می‌توانید مثال های خیلی زیادی از نیروهای تماسی و غیر تماسی پیدا كنید.

حالا خودتان را جای آن بسكتبالیست حرفه‌ای در نظر بگیرید.

اگر توپ را خیلی آرام (نیروی كم) پرتاب كنید. چه می‌شود؟

یا اگر توپ را خیلی محكم (نیروی زیاد) پرتاب كنید، چه مشكلی پیش می‌آید؟

پس برای افتادن توپ درون حلقه اندازه‌ی نیرو خیلی مهم است.

امّا آیا تنها مقدار نیرو مشكل شما را در گل زدن حل می‌كند؟

اگر دست شما كج باشد! و با همان نیرو توپ را پرتاب كنید، ممكن است توپ را به سمت چپ یا راست حلقه یا حتی نقاط عجیب و غریب تری بفرستید.

از این موضوع چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

پس نشانه گیری یا جهت یابی نیز در این جا مهم است. پس برای معرفی هر نیرو 2 چیز لازم است اندازه و جهت.

 

 

 

برای مشاهده فیلم کلیک کنید.

 

حال كه نیرو كمیتی برداری شد، پس از همه‌ی قوانین بردارها تبعیت می‌كند. مثلاً در شكل سمت راست،  دو نفر سورتمه را در جهت‌های نشان داده شده می‌كشند،

امّا سورتمه به سمت راست حركت می‌كند. ملاحظه می‌كنید كه جهت حركت در این جا در راستای بردار برآیند نیروها است.

خود شما می‌توانید مثال های دیگری در این مورد پیدا كنید، فقط لازم است چشمتان را باز كنید!

 

در سیستم بین المللی، یكای اندازه گیری نیرو به اسم نیوتن شناخته می شود.

یكای نیوتن با علامت اختصاری N نمایش داده می‌شود، مثلاً نیروی یك نیوتنی F بدین صورت نوشته می‌شود: 1N = F.

یك نیوتن، نیرویی است در حدود وزن یك سیب معمولی!

در تصاویر زیر نیروی لازم برای چند كار به نمایش در آمده است.

تعیین برایند نیرو

اگر شما کل درس 1 و درس 2 را بخوانید، قانون اول نیوتن را تجربی می فهمید. یک جسم ساکن تمایل دارد در حالت سکون باقی بماند و یک جسم با سرعت ثابت تمایل دارد با سرعت ثابت به حرکت خود در مسیر مستقیم ادامه دهد، مگر اینکه تحت تاثیر نیروی خارجی قرار بگیرد.

براساس قانون اول نیوتن، نیروی خارجی نیرویی است که توسط نیروی دیگری خنثی نشده باشد. اگر همه ی نیروهای عمودی ( رو به بالا یا رو به پایین ) یکدیگر را خنثی نکنند و یا همه ی نیروهای افقی همدیگر را خنثی نکند، پس یک نیروی خارجی وجود دارد. با دیدن دیاگرام نیرو می توانیم سریعا به وجود یک نیروی خارجی پی ببریم. دیاگرام نیرو برای سه موقعیت، در زیر نشان داده شده است. مقداردهی هر نیرو در دیاگرام مشخص شده است:

در هر یک از موقعیت بالا یک نیروی خارجی وجود دارد. معمولاً در هر موقعیت می گوییم یک برآیند نیرو، روی جسم عمل می کند. با توجه به این که نیرو یک کمیت برداری است و دو نیروی برابر و مختلف الجهت یکدیگر را خنثی می کنند، برآیند نیرو، جمع برداری نیروهای وارد شده است. در این مورد، قانون جمع کردن بردارها (مانند بردار نیرو) نسبتاً ساده است. به مثال های زیر در مورد جمع دو نیروی توجه کنید:

همان طور که می بینید در دیاگرام بالا یک بردار رو به پایین بخشی و یا همه ی یک بردار به سمت راست را خنثی می کند. برای تعیین برایند نیرو نیز به همین ترتیب عمل می شود ( یعنی جمع برداری ، بردار نیرووهای مستقل ). توجه کنید که درسه موقعیت زیر برایند نیرو توسط جمع برداری بردارهای نیروهای مجزایی که به جسم وارد می شوند، محاسبه شده است.

آزمونک

همان طور که اشاره شد برایند نیرو ( یعنی نیروی خارجی ) سبب شتاب گرفتن جسم می شود. در بخش قبل چندین مفهوم که نشان دهنده ی حرکت شتابدار بودند ( نمودارهای مکان - زمان و سرعت – زمان، دیاگرام نواری تکه ای، داده های سرعت زمان و غیره ) مورد بحث قرار گرفتند. آنچه را که در مورد شتاب آموختید و اطلاعات جدیدتان را درباره ی این که برایند نیرو موجب شتاب می شود، ترکیب کنید و با استفاده از آن تعیین کنید در موقعیت های زیر نیروی برایند وجود دارد یاخیر؟

رسم دیاگرام نیرو

دیاگرام نیرو، دیاگرام هایی هستند که برای نشان دادن اندازه و جهت نیروهای وارده به یک جسم در یک موقعیت مشخص به کار می رود. دیاگرام نیرو نمونه ی ویژه دیاگرام برداری است که در بخش قبل بحث شده بود. این دیاگرام ها در همه ی مطالعات فیزیک به کار می روند. اندازه ی پیکان در دیاگرام ها، بزرگی نیرو را نشان می دهد. جهت پیکان، جهت نیرویی را که به جسم وارد می شود نشان می دهد. هر پیکان نیرو در دیاگرام نام گذاری می شود تا نوع آن مشخص شود. در یک دیاگرام نیرو معمولا جسم را با یک جعبه نشان می دهد و پیکان نیروها از مرکز آن به سمت بیرون و در جهتی که نیرو وارد می شود، رسم می گردد. یک دیاگرام نیرو در شکل زیر نشان داده شده است.

الزاما همیشه 4 نیرو به جسم وارد نمی شود. ممکن است در بعضی موارد نیروهای نشان داده شده در دیاگرام نیروی یک، دو یا سه عدد باشد. هیچ قانون محکمی درباره ی تعداد نیروهایی که باید در دیاگرام نیرو رسم شود، وجود ندارد. تنها قانون رسم دیاگرام نیرو این است که همه ی نیروهایی که در موقعیت جسم وجود دارند، رسم شوند. بنابراین برای ترسیم دیاگرام نیرو مهم است که انواع نیرو را بشناسید. در صورتی که موقعیت فیزیکی تشریح شده باشد، با اطلاعاتی که درباره ی انواع نیرو دارید مشخص می کنید کدام نیروها وجود دارند.سپس جهت اعمال هر نیرو را مشخص کرده و در آخر یک جعبه می کشید و پیکان ها را برای نیروهای موجود در جهت های مناسب اضافه می کنید.عنوان نیرو بستگی به نوع آن دارد. در صورت لزوم به لیست تعاریف نیروها مراجعه کنید تا انواع نیرو و نمادهای آن را بشناسید.

تمرین

با استفاده از روشی که در بالا برای ترسیم دیاگرام نیرو داده شده است، برای موقعیت های زیر دیاگرام نیرو را رسم کنید. پاسخ و توضیحات در پایان همین صفحه است.

1- یک کتاب به صورت ساکن روی میز قرار دارد. دیاگرام نیروهای وارده به کتاب را رسم کنید.

2- یک دختر بچه به وسیله ی دو طناب از سقف، بدون حرکت آویزان شده است. دیاگرام نیروهای وارده به دختر بچه را رسم کنید.

3- یک تخم پرنده، از آشیانه سقوط آزاد می کند. از مقاومت هوا صرف نظر کنید. دیاگرام نیروهای وارده به تخم را زمانی که در حال سقوط است رسم کنید.

4-  یک سنجاب پرنده با سرعت ثابت از روی درخت به زمین می پرد. مقاومت هوا را در نظر گرفتیم. دیاگرام نیرو مطابق زیر است:

5- یک نیرو به سمت راست به یک کتاب وارد می شود تا آن را با شتابی به سمت راست روی میز به حرکت درآورد. ( به آن شتابی به سمت راست بدهد). نیروی اصطکاک را در نظر بگیرید و از مقاومت هوا صرف نظر کنید. دیاگرام نیروهای وارده به کتاب را رسم کنید.

6- یک نیرو به سمت راست به یک کتاب وارد می شود تا آ ن را با سرعت ثابت به حرکت در آورد. نیروی اصطکاک را در نظر بگیرید و از مقاومت هوا صرف نظرکنید. دیاگرام نیروهای وارده به کتاب را رسم کنید.

دانش آموزان عزیز، دیاگرام نیروهای زیر را در حالت های زیر رسم کرده و بررسی کنید.

1.      یک دانشجوی کالج یک کوله بر پشت دارد. کوله توسط بندی که آنرا روی شانه نگه می دارد ثابت شده است. دیاگرام نیروهای عمودی وارد به کوله را رسم کنید.

2.      یک چترباز با سرعت ثابت فرو می آید. مقاومت هوا را در نظر بگیرید. دیاگرام نیروهای وارده به چتر باز را رسم کنید.

3.      یک نیرو به سمت راست یک سورتمه وارد می شود تا با شتابی به سمت راست آنرا روی برف شلی بکشد. دیاگرام نیروهای وارده به سورتمه را رسم کنید.

4.      یک توپ فوتبال با ضربه ی شدید دروازه بان به سمت بالا پرتاب می شود.دیاگرام نیروهای وارده به آن را تا زمانیکه به سمت بالا می رود را رسم کنید.

5.      یک اتومبیل به سمت راست می رود و سرعتش کم می شود. دیاگرام نیروهای وارده به اتومبیل را رسم کنید

حركت

به اطراف خود نگاه كنيد . حركت هاي بسياري وجود دارد .

حركت هايي نيز وجود دارند كه ديده نمي شوند. مانند حركت ذرات سازنده مواد، حركت ستارگان و سيارات و يا صدايي كه شنيده مي شود.
همه تغييرات و همه پديده ها حاصل حركت اند. براي انجام هر كاري حركت انجام مي شود. به عبارت ديگر، انجام كار بدون حركت غير ممكن است.

مسافت:

كوتاه ترين فاصله بين دو نقطه، خط راستي است كه آن دو نقطه را به يكديگر وصل مي كند.
براي رفتن از يك محل به محل ديگر ، معمولاً مسيري را مي پيماييم كه خط راست نيست. در اين حركت ها، مجبوريم مانع ها را دور بزنيم . در نتيجه مسيري طولاني تر را مي پيماييم.

در حركت از يك شهر به شهر ديگر نيز وجود مانع هاي طبيعي ، مانند تپه، رودخانه و درياچه باعث مي شود كه انسان مسيرهاي طولاني تري از فاصله مستقيم ميان ميان دو محل را بپيمايد.

توجه:

نقشه ساختمان يا يك شهر را نمي توان به همان اندازه خودش رسم كرد. بنا براين تمام فاصله ها را به يك نسبت كوچك مي كنند تا بتوانند نقشه مورد نظر را روي يك كاغذ كوچك رسم كنند. به اين نسبت (مقياس) گفته مي شود كه آن را در گوشه نقشه مي نويسند.

جابه جايي:

فرض كنيد قرار است به مسافرت برويد. ابتدا مقصد خود را مشخص مي كنيد. سپس از منزل خود كه مبدأ يا نقطه شروع است ، حركت مي كنيد تا به مقصد برسيد. در اين مسير بايد موانعي مانند، كوه، رودخانه، ... را دور بزنيد تا به نقطه پايان يا مقصد برسيد.
اگر نقطه شروع حركت (مبدأ) را به نقطه پايان (مقصد) وصل كنيد، در واقع جابه جايي مشخص شده است.
نكته:

به فاصله مستقيم ميان مبدا و مقصد «جابه جايي» مي گويند يا به عبارت ديگر برداري است كه نقطه شروع را به پايان وصل مي كند.
نكته:

مجموع طولهايي كه متحرك براي رفتن از مبدا به مقصد مي پيمايد، مسافت طي شده گفته مي شود.

مثال:

شخصي از نقطه A شروع به حركت كرده و از نقاط Bو C گذشته تا به نقطه D (نقطه پايان) رسيده است.
جابه جايي و مسافت طي شده توسط اين متحرك را محاسبه كنيد.

 متر 15=6+5+4 = مسافت طي شده

6m = جابجايي طي شده

جابه جايي و مسافت ، هر دو از جنس طول هستند و هر دو را با واحد متر (m) اندازه گيري مي كنيم.
اما واحد هاي ديگري نيز براي اندازه گيري طول وجود دارد كه مهم ترين آنها در جدول مقابل آورده شده است.

براي اندازه گيري فاصله هاي بسيار دور مانند فاصله بين ستارگان و كهكشان ها واحدي به نام سال نوري به كار برده مي شود.
يك سال نوري برابر است با مسافتي كه نور در طول يك سال مي پيمايد.

سرعت

سرعت: مسافتي است كه متحرك در واحد زمان (يعني در يك ثانيه) مي پيمايد.

سرعت به دو عامل بستگي دارد:
1) مسافت طي شده (X) كه معمولاً با دو واحد (m) و كيلومتر(km) مي باشد. سرعت با مسافت طي شده رابطه مستقيم دارد. يعني در يك زمان معين ، هر چه مسافت طي شده توسط يك متحرك بيشتر از متحرك ديگر باشد سرعت آن جسم بيشتر است.
2) مدت زمان(t) كه معمولا با واحدهاي ثانيه (s) ، دقيقه(min) و ساعت(h) قابل اندازه گيري است. سرعت با زمان رابطه عكس دارد، يعني براي طي يك مسافت مشخصي، هر چه مدت زمان طي شده توسط يك متحرك كمتر از متحرك ديگر باشد. سرعت آن بيشتر است.

با توجه به عوامل ذكر شده ، سرعت (v) را به صورت زير محاسبه مي كنند.

يك راه ساده:

مثلث سرعت
براي به دست آوردن هر يك از كميت ها ، كافي است انگشت خود را بر روي مورد خواسته شده بگذاريد و عمليات رياضي باقي مانده را به دست آوريد.

- اگر واحد اندازه گيري مسافت، متر(m) و واحد اندازه گيري زمان، ثانيه(s) باشد، واحد اندازه گيري سرعت متر بر ثانيه است.

- اگر واحد اندازه گيري مسافت، كيلومتر(km) و واحد اندازه گيري زمان، ساعت(h) باشد، واحد اندازه گيري سرعت كيلومتر بر ساعت است.
براي تبديل كيلومتر بر ساعت به متر بر ثانيه عدد مورد نظر را بر 6/3 تقسيم مي كنيم.

- هرگاه سرعت متحركي كه بر روي خط راست حركت مي كند، در تمام لحظه ها يكسان باشد حركت آن يكنواخت است و نمودار مكان- زمان به صورت يك خط راست است.

- چون در حركت يكنواخت سرعت ثابت است ، نمودار سرعت - زمان به صورت يك خط راست موازي محور زمان است.

امروزه بشر، با استفاده از علم و فناوري پيشرفته خود وسايل نقليه اي مي سازد كه فاصله هاي بسيار طولاني را با سرعت هاي بسيار زياد در زماني كوتاه مي پيمايد . مثل هواپيماهاي مسافربري كنكورد با حمل صدها مسافر با سرعتي بيشتر از سرعت صوت(حدود 2000 كيلومتر بر ساعت) پرواز مي كند.

براي اندازه گيري فاصله هاي بسيار دوري كه امكان اندازه گيري با ابزارهاي معمولي وجود ندارد از راههاي مختلفي استفاده مي شود. به طور مثال براي اندازه گيري فاصله زمين تا ماه از روش زير استفاده مي شود.

فضانورداني كه به كره ي ماه سفر كرده اند ، در سطح ماه آينه اي كار گذاشته اند. از زمين پرتوهاي نور ليزر بر اين آينه تابيده مي شود تا پس از بازتاب به زمين برگردد. آن گاه زمان رفت و برگشت نور را با زمان سنج هاي بسيار دقيق اندازه گرفته و آن را نصف مي كنند و در عدد 000/300 (سرعت نور بر حسب كيلومتر بر ثانيه) ضرب مي كنند. دانشمندان با استفاده از اين روش، فاصله زمين تا ماه را 000/380 كيلومتر اندازه گرفته اند.

براي اندازه گيري عمق آب اقيانوس ها از روش زير استفاده مي شود.
يك موج فراصوتي از سطح آب به اعماق آب فرستاده مي شود. اين موج با برخورد به كف اقيانوس به سطح آب بازمي گردد زمان رفت و برگشت موج اندازه گيري شده و بر 2 تقسيم مي شود. سپس در عدد 1450 (سرعت انتشار صوت در آب) ضرب مي شود و به اين صورت عمق آب اقيانوس محاسبه مي شود.

شتاب:
به اين اتومبيل در حال حركت دقت كنيد. عقربه سرعت سنج در هر لحظه عددي را نشان مي دهد يعني سرعت اتومبيل هميشه ثابت نيست.

معمولاً سرعت يك متحرك در تمام مدت حركتش ثابت نيست. راننده ، سرعت اتومبيل را بر حسب شرايط جاده و آب و هوا به طور مناسب و مطمئن تنظيم مي كند.
هنگامي كه سرعت يك متحرك در حال تغيير است مي گوييم داراي شتاب است.
شتاب (a) نشان دهنده ي تغييرات سرعت در واحد زمان(در يك ثانيه) است.
شتاب از رابطه ي زير بدست مي آيد.

يكاي اندازه گيري شتاب، متر بر مجذور ثانيه ( ) مي باشد.

وقتي اتومبيل مسير مستقيمي را مي پيمايد و عقربه سرعت سنج آن عدد ثابتي را نشان مي دهد، يعني سرعت حركت اتومبيل ثابت است و تغيير نمي كند. در اين حالت شتاب حركت صفر است.
وقتي عقربه سرعت سنج از عددي به عدد ديگر تغيير مي كند. يعني سرعت حركت اتومبيل تغيير مي كند و حركت شتابدار است. در اين صورت اگر سرعت حركت مرتبا در حال افزايش باشد، حركت شتابدار از نوع تند شونده است وشتاب مثبت است. و اگر سرعت اتومبيل مرتبا در حال كاهش باشد، حركت اتومبيل شتابدار از نوع كند شونده بوده و شتاب منفي است.

نمودار سرعت – زمان را براي حركت اين اتومبيل رسم مي كنيم.

در مسير OA سرعت در حال افزايش است. پس حركت شتابدار از نوع تند شونده است.
در مسير AB سرعت ثابت است پس حركت يكنواخت بوده، يعني شتاب صفر  است.
در مسير BC سرعت در حال كاهش است. پس حركت شتابدار از نوع كند شونده است.

مثال: اتومبيلي از حال سكون شروع به حركت كرده و در مدت 10 ثانيه سرعت آن 30 متر بر ثانيه مي رسد.
الف) شتاب حركت اتومبيل چند متر بر مجذور ثانيه است؟
ب) شتاب حركت از چه نوعي است؟

شتاب از نوع تند شونده است.

عامل ايجاد شتاب:
قانون اول نيوتون بيان مي كند.
اجسام تمايل دارند حالت اوليه خود را حفظ كنند يعني اگر ساكن هستند در حالت سكون باقي بمانند و اگر در حال حركت هستند به حركت خود به طور يكنواخت با سرعت ثابت ادامه دهند. حال اگر بخواهيم جسم ساكني را به حركت در آوريم يا سرعت متحرك را كاهش يا افزايش دهيم بايد به آن نيرو وارد كنيم. نيرو با ايجاد شتاب باعث تغيير سرعت مي شود.
قانون دوم نيوتون بيان مي كند.

اگر به جسمي نيرو وارد شود آن جسم شتاب مي گيرد. شتاب با مقدار نيرو رابطه ي مستقيم و با جرم جسم رابطه عكس دارد.
يعني

نكته:

نيرو عامل تغيير سرعت حركت اجسام است.
- اگر نيرويي كه بر جسم در حال حركت وارد مي شود با جهت حركت جسم هم جهت باشد ، سرعت آن را افزايش مي دهد.
- اگر نيرويي كه بر جسم در حال حركت وارد مي شود با جهت حركت جسم مخالف باشد، سرعت آن را كاهش مي دهد.

شما هنگامي كه در اتومبيل نشسته ايد، شتاب افزاينده يا كاهنده را به خوبي حس مي كند. در هنگام شتاب افزاينده يعني وقتي راننده گاز مي دهد، احساس مي كنيد كه بدن شما به پشتي صندلي فشرده  مي شود. اما در هنگام شتاب كاهنده يعني در هنگام ترمز كردن، احساس مي كنيد كه به جلو پرتاب       مي شود.

كارخانه هاي سازنده اتومبيل هاي سواري، گاهي براي نشان دادن قدرت اتومبيل و ميزان شتاب آن از عددي به نام (صفر تا صد) استفاده مي كنند . هر چه صفر تا صد اتومبيل كم تر باشد يعني قدرت و شتاب اتومبيل بيشتر است.

مثال:

صفر تا صد اتومبيل 10 ثانيه است. يعني اين اتومبيل 10 ثانيه وقت لازم دارد تا بتواند از حالت سكون (سرعت صفر) به سرعت 100 كيلومتر بر ساعت برسد.

در روز اول سال تحصيلى، خانم تامپسون معلّم كلاس پنجم دبستان وارد كلاس شد و پس از صحبت هاى اوليه، مطابق معمول به دانش آموزان گفت كه همه آن ها را به يك اندازه دوست دارد و فرقى بين آنها قائل نيست. البته او دروغ مي گفت و چنين چيزى امكان نداشت. مخصوصاً اين كه پسر كوچكى در رديف جلوى كلاس روى صندلى لم داده بود به نام تدى استودارد كه خانم تامپسون چندان دل خوشى از او نداشت. تدى سال قبل نيز دانش آموز همين كلاس بود. هميشه لباس هاى كثيف به تن داشت، با بچه هاى ديگر نمي جوشيد و به درسش هم نمي رسيد. او واقعاً دانش آموز نامرتبى بود و خانم تامپسون از دست او بسيار ناراضى بود و سرانجام هم به او نمره قبولى نداد و او را رفوزه كرد.
امسال كه دوباره تدى در كلاس پنجم حضور مي يافت، خانم تامپسون تصميم گرفت به پرونده تحصيلى سال هاى قبل او نگاهى بياندازد تا شايد به علّت درس نخواندن او پي ببرد و بتواند كمكش كند.

پسر كوچكي، روزي هنگام راه رفتن در خيابان، سكه‌ای يك سنتي پيدا كرد. او از پيدا كردن اين پول، آن هم بدون هيچ زحمتی، خيلی ذوق زده شد. اين تجربه باعث شد كه...

شاه طهماسب چـند تا زن داشت که یکی از آنها را خیلی خیلی دوست داشت. از قضای روزگار رمال دربار عاشق همین زن شده بود. اما به هر دری که زد و هر کاری که کرد زن زیر بار او نرفت که نرفت. رمال هم کینه او را به دل گرفت.
مدتی گذشت، زن حامله شد و پسری به دنیا آورد که از بس زیبا بود چشم خلایق از دیدنش خیره می ماند. با آمدن این زن عشق و علاقه شاه طهماسب به آن زن بیشتر شد. اما رمال که منتظر فرصت بود یک شب یواشکی به بالین پسر رفت و سرش را از تن جدا کرد؛ چاقو را هم انداخت توی جیب مادر بچه! صبح که شد خبر به شاه رسید که دیشب سر بچه را بریده اند. شاه دستور داد رمال را حاضر کردند تا رمل بیاندازد و قاتل بچه را پیدا کند. رمال رمل انداخت و نظر کرد و هی دو سه بار زیر لب آه کشید و زمزمه کرد و هی با خود گفت نه نه ممکن نیست! مگر میشود؟ نه اصلا شدنی نیست! و خلاصه چند بار رمل انداخت و همان ادا و اطوارها را درآورد.