منو
 صفحه های تصادفی
thrombophlebitis superficial
سرخس
سلامتی
ویژه نامه درسی
تولرانس
زید بن دثنه انصاری
رایانه
اسید آبسیزیک
پاسخ اسلام و قرآن به دیدگاه مسیحیت درباره رابطه عقل و وحی
استیپول
 کاربر Online
828 کاربر online

روشهای اندازه گیری در نیروها

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک کلاسیک
(cached)

دیدکلی

یکی از مهمترین مسائلی که در مکانیک کلاسیک مطرح می‌باشد، اندازه گیری نیرو است. در صحبتهای روزمره نیرو به معنای کشیدن پا هل دادن است. در اینجا در مورد دو روش دینامیکی و استاتیکی اندازه گیری نیروها بحث می‌کینم.

یک روش دینامیکی برای اندازه گیری نیرو

در این روش نیروها را برحسب شتابی که در نتیجه اعمال این نیروها بر روی یک جسم ایجاد می‌شود، بیان می‌کنیم. به عنوان یک جسم معیار ، مناسب تر آن است که از جسمی ‌به جرم یک کیلوگرم (کیلوگرم معیار) ، استفاده کنیم. به عنوان محیطی که نیرو را اعمال می‌کند، جسم معیار را بر روی یک میز افقی که دارای اصطکاک ناچیزی است و به آن یک فنر بسته شده است، در نظر می‌گیریم. انتهای دیگر فنر را د دست می‌گیریم.

حال فنر را به سمت راست می‌کشیم به نحوی که جسم معیار ، شتابی معادل با 1m/S2 (متر بر مجذور ثانیه) اعمال شود. سپس به عنوان یک تعریف ادعا می‌کنیم که فنر بر روی کیلوگرم معیار ، نیروی ثابتی را که اندازه‌اش برابر با 1 نیوتن (1N) می‌باشد، اعمال کرده است. مشاهده می‌کنیم که فنر به اندازه L∆ از طول کشیده شده اولیه‌اش ، L ، افزایش طول داشته است.ما می‌توانیم آزمایش را با بیشتر کشیدن فنر و یا با استفاده از یک فنر سخت تر و بگونه‌ای که شتابی معادل 2m/S2 را برای جسم معیار ، اندازه بگیریم، تکرار کنیم.

حال ادعا می‌کنیم که فنر نیرویی معادل با 2N را بر روی جسم معیار اعمال می‌کند. بطور کلی اگر مشاهده کنیم که این جسم معیار خاص ، شتابی معادل با a را در یک محیط خاص دارد، می‌گوییم که محیط نیروی F را بر جسم معیار 1Kg به نحوی اعمال کرده است که اندازه نیروی F (برحسب نیوتن) از نظر عددی برابر با a (برحسب m/S2) می‌باشد. این روش همیشه یک روش عملی برای اندازه گیری نیرو نمی‌باشد و بیشتر برای بدست آوردن تعریف ، مناسب می‌باشد.

روش استاتیکی اندازه گیری نیروها

این روش اندازه گیری نیرو بر پایه تغییر شکل و اندازه یک جسم بدون شتاب (مثلا یک فنر) که بر روی آن نیرویی اعمال می‌شود، استوار است. اساس روش استاتیکی بر این پایه استوار است که ، هنگامیکه یک جسم ، تحت تاثیر چند نیروی مختلف ، دارای شتابی برابر صفر است، حاصل جمع برداری کلیه نیروهای اعمالی ، بر روی جسم ، باید برابر با صفر باشد. این بیان در حقیقت ، بیان قانون دوم نیوتن است. وقتی یک نیروی منفرد بر روی یک جسم اعمال می‌شود، باعث بوجود آمدن شتاب می‌گردد، و این شتاب در صورتیکه نیرویی از نظر اندازه برابر ، ولی از نظر جهت مخالف با آن ، بر روی جسم اعمال کنیم، برابر با صفر می‌شود.

حال اگر نیرویی را به عنوان نیرو یکه فرض کنیم، قادر خواهیم بود که نیروها را اندازه بگیریم. برای مثال ، کشش زمینی بر روی یک جسم معیار در یک نقطه خاص را ، می‌توانیم به عنوان نیروی یکه در نظر بگیریم. یک وسیله که معمولا برای اندازه گیری نیرو به این روش مورد استفاده قرار می‌گیرد، ترازوی فنری است. این وسیله شامل یک فنر مارپیچ می‌باشد. یک وسیله که یک شاخص در انتهای آن قرار گرفته است و می‌تواند بر روی ترازو حرکت کند. وقتی نیرویی بر روی ترازو اعمال می‌شود، طول فنر تغییر می‌کند. اگر یک جسم به وزن 1N در محلی که g=9.8m/s2 است، را به فنر آویزان کنیم، فنر تا جایی که کشش فنر بر روی جسم از نظر اندازه ، برابر ولی از نظر جهت مخالف با وزن جسم می‌باشد، کشیده می‌شود.

حال می‌توان یک علامت در محلی که شاخص ایستاده است قرار داد، و بر روی آن بر چسب نیروی 1N را قرار داد. به همین ترتیب برای 2N و 3N و... نیز می‌توان وزنه‌های مختلفی را از فنر آویزان و با چسباندن برچسبهای مختلف ، فنر موجود را درجه بندی می‌کنیم. فرض می‌کنیم نیروی اعمالی بر روی فنر هنگامی‌ که شاخص بر روی موقعیت مشابهی می‌ایستد، همیشه مقدار مشابهی باشد. حال می‌توان از این ترازوی درجه بندی شده ، برای اندازه گیری هر نیروی مجهولی استفاده کرد.

ترازوی کفه‌ای ، وسیله اندازه گیری استاتیکی نیرو

یک ترازوی کفه‌ای ، روش استاتیکی دیگری را برای اندازه گیری نیرو ، امکان پذیر می‌کند. متداولترین کاربرد این وسیله ، مقایسه اوزان معلوم ، برای شناختن اوزان مجهول است. وقتی بازوها متعادلند، وزنه‌ها باید با هم برابر باشند. از طرفی با توجه به اینکه g برای هر دو بازو یکسان است، برابری وزنه‌ها حاکی از برابری جرمها می‌باشد. بنابراین ترازوی کفه‌ای ، با زون کردن جرمها ، برابری نسبی جرمها را تعیین می‌کنند. (وزنه‌های معلومی ‌که در این نوع ترازو بکار می‌روند، معمولا برحسب گرم می‌باشند.) این سیستم ، برای هر مقدار g که مخالف با صفر باشد، عمل می‌کند. این وسیله برای ارزیابی جرمها در کره ماه هم قابل استفاده است. لیکن قابلیت کاربرد در فضاهای بدون نیروی جاذبه را ندارند. همچنین در بی وزنی نسبی ، یعنی هنگام گردش به دور زمین ، عمل می‌کند.

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 34743


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..