درس 7: ورزش و نیرو (2)
صفحه ۴۷ تا ۵۸ کتاب درسی
نیروهای غیرتماسیگفتوگوصفحه ۴۸ کتاب درسی
در مچاندازی، هُل دادن ماشین و طنابکشی، دو جسم در اثر تماس با یکدیگر به هم نیرو وارد میکنند. امّا وقتی توپ یا مدادی از دست شما رها شود، به طرف زمین سقوط میکند؛ میوهها و برگها هم وقتی از درخت جدا میشوند به طرف زمین میآیند.
وقتی توپ در دست شماست ساکن است. با رها شدن، شروع به حرکت به طرف پایین میکند و تغییر حرکت اتّفاق میافتد. میدانیم نیرو عامل تغییر حرکت است. بنابراین نتیجه میگیریم زمین به همهی اجسام اطراف خود نیرو وارد میکند و آنها را به طرف خود میکشد. این نیرو، نیروی گرانشی یا نیروی جاذبهی زمین نامیده میشود.
الف) چرا وقتی شیر آب را باز میکنیم، آب بلافاصله به سمت زمین جریان پیدا میکند؟
پاسخ: چون نیروی گرانشی زمین بر آب هم وارد میشود، مانند هر جسم دیگری.
ب) چرا اسکیباز در سرازیری به طرف پایین حرکت میکند و سرعتش زیاد میشود؟
پاسخ: چون نیروی گرانشی او را به طرف پایین میکشد و در سرازیری چیزی جلوی این حرکت را نمیگیرد؛ پس حرکت مدام تندتر میشود.
جهت نیروی گرانشی زمین در همهجا به طرف مرکز زمین است. بر سیب در همهی حالتها — آویزان از درخت، در حال سقوط و افتاده روی زمین — نیروی گرانشی وارد میشود.
جرم و وزن یکی نیستندعلم و زندگیصفحه ۴۹ کتاب درسی
جرم هر جسم به مقدار مادّهی تشکیلدهندهی آن بستگی دارد و یکای اندازهگیری آن کیلوگرم است. برای اندازهگیری جرم معمولاً از ترازو استفاده میشود؛ امّا بیشتر مردم بهجای کلمهی جرم از کلمهی وزن استفاده میکنند. مثلاً میگویند وزن این هندوانه ۵ کیلوگرم است، درحالیکه این گفته از نظر علمی درست نیست. درست این است که بگوییم جرم این هندوانه ۵ کیلوگرم است.
نیروی جاذبهای که زمین به هر جسم وارد میکند، وزن جسم نامیده میشود. برای اندازهگیری وزن از نیروسنج استفاده میکنیم و یکای نیرو نیوتون نامیده میشود.
| جسم | جرم | وزن (تقریبی) |
|---|---|---|
| یک طالبی | ۱ کیلوگرم | حدود ۱۰ نیوتون |
| یک هندوانهی متوسّط | ۵ کیلوگرم | حدود ۵۰ نیوتون |
شگفتیهای آفرینش: زمین و هفت سیّارهی دیگر منظومهی شمسی با بیش از ۱۶۰ قمر در اثر نیروی گرانشی به دور خورشید میچرخند و فاصلهی هر سیّاره از خورشید هنگام حرکت در مدارش تغییر میکند؛ امّا هیچگاه با یکدیگر برخورد نمیکنند.
نیروی مغناطیسی و نیروی الکتریکیفعّالیتصفحه ۵۰ کتاب درسی
دو آهنربا بدون تماس با یکدیگر به هم نیرو وارد میکنند و برخی از فلزها مانند آهن را جذب میکنند. نیرویی که یک آهنربا به آهنربای دیگر وارد میکند، نیروی مغناطیسی نامیده میشود. قطبهای همنام همدیگر را دفع و قطبهای ناهمنام همدیگر را جذب میکنند.
فعّالیت: یک عروسک کوچک که در آن آهنربای کوچکی قرار دارد روی یک مقوّای ضخیم بگذارید و به کمک یک آهنربای نسبتاً قوی، از زیر مقوّا، عروسک را به حرکت درآورید.
- دو میلهی پلاستیکی (مثلاً دو عدد لولهی خودکار پلاستیکی) تهیه کنید و یکی را با نخی از میزی آویزان کنید.
- یک سر هر دو میله را به پارچهی پشمی یا موهای سر، که تمیز و خشک باشد، مالش دهید.
- سر هر دو میله را به هم نزدیک کنید و ببینید چه اتّفاقی میافتد.
- همین آزمایش را با خردههای کاغذ انجام دهید: میله یا شانهی پلاستیکیِ مالشدادهشده را به خردههای کاغذ نزدیک کنید.
نیرویی که باعث جذب خردههای کاغذ به میله یا شانه میشود، نیروی الکتریکی نامیده میشود.
اصطکاکآزمایش کنیدصفحه ۵۲ کتاب درسی
در دوچرخهسواری وقتی میخواهیم سرعت خود را کم یا دوچرخه را متوقّف کنیم از ترمز استفاده میکنیم. نهتنها دوچرخه، بلکه هر جسمی که روی سطحی در حال حرکت است، پس از مدّتی حرکتش کُند میشود.
- یک تختهی صاف به طول تقریبی ۴۰ سانتیمتر تهیه کنید و در یک سطح صاف مانند سطح سرامیکی، روی چند کتاب قرار دهید.
- جسمی مانند یک باتری قلمی را از بالای تخته رها کنید و ببینید پس از طیّ چه مسافتی روی سطح صاف میایستد.
- بار دیگر این آزمایش را روی سطح پرزداری مانند موکت تکرار کنید.
- پیشبینی کنید اگر آزمایش را روی سطح ناهموار خاکی یا روی یخ انجام دهیم چه اتّفاقی میافتد.
الف) کدام نیرو سبب کُند شدن حرکت و توقّف جسم شده است و در کدام جهت بر جسم وارد شده؟
پاسخ: نیروی اصطکاک. این نیرو معمولاً در خلاف جهت حرکت بر جسم اثر میگذارد.
ب) بهطور کلّی اگر نیروی اصطکاک نبود، چه اتّفاقی در زندگی ما میافتاد؟
پاسخ: نمیشد راه رفت، چیزی را در دست نگه داشت، گره زد یا ترمز کرد. اصطکاک فقط مزاحم نیست؛ بدون آن هیچ کاری از پیش نمیرود.
کِی اصطکاک بیشتر باشد بهتر است؟گفتوگوصفحه ۵۳ کتاب درسی
| موقعیت | اصطکاک بیشتر یا کمتر؟ |
|---|---|
| هنگام ترمز کردن اتومبیل | … |
| بالا رفتن از کوه | … |
| اسکی روی یخ یا برف | … |
| گره زدن طناب | … |
| اصطکاک بین اجزای دوچرخه، مثلاً زنجیر و چرخدنده | … |
| هنگام هُل دادن یک جسم سنگین | … |
برای افزایش اصطکاک در روزهای برفی و سُر نخوردن خودروها چه کارهایی انجام میشود؟ اطّلاعات جمع کنید و به کلاس گزارش دهید.
کتابها روی مدادآزمایش کنیدصفحه ۵۴ کتاب درسی
یک کتاب بزرگ را روی میز قرار دهید و سعی کنید به کمک یک کِش آن را به حرکت درآورید. حالا چند مداد استوانهایشکل زیر کتابها قرار دهید و دوباره سعی کنید کتاب را با همان کِش به حرکت درآورید.
در زمانهای قدیم برای جابهجایی اجسام بسیار سنگین و کاهش اصطکاک از روشی شبیه این آزمایش استفاده میکردند؛ آنها بهجای مداد از تنهی درختان کمک میگرفتند.
الف) در کدام حالت حرکت دادن کتاب راحتتر است و کِش کمتر کشیده میشود؟
پاسخ: روی مدادها. مداد بهجای سُریدن، میغلتد و اصطکاک بسیار کمتر میشود — همان کاری که چرخ میکند.
ب) چگونه یک دانشآموز میتواند یک چمدان مسافرتی سنگین را بهراحتی جابهجا کند؟
پاسخ: با چمدان چرخدار؛ چرخ همان نقش مدادها را دارد.
مقاومت هواکاوشگریصفحه ۵۵ کتاب درسی
یک برگهی کاغذ را بردارید و با سرعت زیاد حرکت دهید؛ کاغذ خم میشود. وقتی جسمی حرکت میکند از طرف هوا بر آن نیرویی در خلاف جهت حرکتش وارد میشود که به آن نیروی مقاومت هوا میگویند.
کاوشگری: بررسی کنید شکل جسم چه اثری روی حرکت جسم دارد. وسایل: مقوّای نازک، ماشین اسباببازی، متر یا خطکش و چسب.
- یک ماشین اسباببازی را از بالای سطح شیبداری رها کنید.
- مسافتی را که ماشین روی سطح افقی طی میکند تا بایستد اندازهگیری و یادداشت کنید. تکرار آزمایش و به دست آوردن میانگین، دقّت شما را بالا میبرد.
- مقوّایی به ابعاد ۲۰ سانتیمتر در ۱۰ سانتیمتر ببُرید و مانند شکل در ماشین قرار دهید و دوباره آن را رها کنید.
- این مقوّا را با تا کردن به ابعاد دیگر درآورید و آزمایش را تکرار کنید.
الف) نیروی مقاومت هوا بر چه نوع خودروهایی اثر کمتری دارد؟
پاسخ: خودروهایی که بدنهی کشیده و شیبدار دارند و هوا را بهآسانی کنار میزنند.
ب) چرا هنگام نشستن هواپیماهای جنگی، در پشت آنها چتری باز میشود؟
پاسخ: برای زیاد کردنِ عمدیِ مقاومت هوا. چتر سطح بزرگی میسازد تا هوا هواپیما را زودتر متوقّف کند.
در همهی آزمایشها جرم ماشین به همراه مقوّا باید یکسان باشد — وگرنه معلوم نمیشود تفاوت از شکل آمده یا از جرم.
پروازآزمایش کنیدصفحه ۵۷ کتاب درسی
بالهای هواپیما را بهگونهای طرّاحی میکنند که وقتی هواپیما در حال حرکت است، هوای بالای بال نسبت به هوای پایین بال سرعت بیشتری داشته باشد. همین امر مانند آزمایش نوار کاغذی، سبب اختلاف فشار در بالا و پایین بال و ایجاد نیرویی به طرف بالا میشود که اصطلاحاً به آن نیروی بالابری گفته میشود.
پس بر هواپیمای در حال حرکت چهار نیرو وارد است: وزن (نیروی گرانشی زمین)، نیروی مقاومت هوا، نیروی رانش و نیروی بالابری.
- دو بادکنک را از یک میله یا خطکش بیاویزید و به وسط بادکنکها فوت کنید. چه اتّفاقی میافتد؟ اگر سریعتر از دفعهی قبل فوت کنید چه؟
- یک نوار کاغذی به عرض تقریبی ۴ سانتیمتر از ورق کاغذ ببُرید، یک طرف آن را میان کتاب قرار دهید و از روی آن فوت کنید. اگر هوا با سرعت بیشتری از روی کاغذ بگذرد چه اتّفاقی میافتد؟
الف) در روزهای طوفانی امکان کَنده شدن سقف شیروانی خانههای قدیمی زیاد است. چرا؟
پاسخ: هوا با سرعت زیاد از روی سقف میگذرد و هوای زیر سقف تقریباً ساکن است. مانند نوار کاغذی، فشار در بالا کمتر میشود و اختلاف فشار سقف را به بالا میکشد.
هر گروه یک هواپیمای کاغذی درست کند و مسابقهای برگزار کنید: هواپیمای کدام گروه زمان بیشتری در هوا میماند و مسافت بیشتری را طی میکند؟