جواب فعالیت های فصل ۵ علوم نهم؛ نیرو – صفحه ۵۳ تا ۶۲

نیرو می‌تواند باعث شروع حرکت یک جسم ساکن، توقف جسم متحرک، افزایش یا کاهش تندی و تغییر جهت حرکت شود. نیرو همچنین در بعضی موارد می‌تواند شکل جسم را تغییر دهد.

Fnet = 100 N – 100 N = 0 N

نیروی خالص صفر است، نیروها متوازن هستند و چون جعبه در ابتدا ساکن بوده است، همچنان ساکن باقی می‌ماند.

Fnet = 120 N – 50 N = 70 N

پس نیروی خالص برابر ۷۰ نیوتن به طرف راست است و جعبه در جهت نیروی خالص، یعنی به طرف راست، شتاب می‌گیرد.

Fnet = 60 N + 60 N = 120 N

نیروی خالص برابر ۱۲۰ نیوتن به طرف راست است و جسم به طرف راست شتاب می‌گیرد.

اما اگر نیروها متوازن نباشند، نیروی خالصی بر جسم وارد می‌شود و سرعت جسم تغییر می‌کند؛ یعنی جسم شتاب می‌گیرد. جهت شتاب نیز همان جهت نیروی خالص است.

ب) اگر خودرویی که در حرکت است بخواهد متوقف شود، باید در کدام جهت به آن نیرو وارد شود؟

پاسخ ب: برای متوقف کردن خودرو باید نیروی خالصی در خلاف جهت حرکت خودرو به آن وارد شود تا تندی خودرو کاهش یابد و در نهایت به صفر برسد.

۲ــ جرم وزنهٔ آویزان را ۲، ۳، ۴ برابر کنید و هر بار به زمان حرکت جسم توجه کنید. در کدام حالت جسم سریع‌تر طول میز را طی می‌کند؟ شتاب جسم در کدام حالت بیشتر است؟ از این آزمایش چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

بنابراین شتاب چهارچرخه در حالتی که وزنه آویزان بزرگ‌تر است، بیشتر خواهد بود.

نتیجه: اگر جرم جسم ثابت باشد، با افزایش نیروی خالص، شتاب جسم نیز افزایش پیدا می‌کند. پس شتاب با نیروی خالص رابطه مستقیم دارد.

نتیجه: اگر نیروی خالص ثابت باشد، هرچه جرم جسم کمتر باشد شتاب آن بیشتر است و هرچه جرم بیشتر باشد شتاب کمتر می‌شود؛ یعنی شتاب با جرم جسم رابطه وارون دارد.

این رابطه در قانون دوم نیوتون به صورت زیر بیان می‌شود:

a = F / m

از این مثال چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

پاسخ شکل ب:
a = 60 N ÷ 20 kg = 3 m/s²

پاسخ شکل پ:
a = 40 N ÷ 40 kg = 1 m/s²

نتیجه: مقایسه شکل‌های الف و ب نشان می‌دهد با جرم یکسان، نیروی بیشتر شتاب بیشتری ایجاد می‌کند. مقایسه شکل‌های الف و پ نیز نشان می‌دهد با نیروی یکسان، جرم بیشتر باعث شتاب کمتر می‌شود.

موتور قوی‌تر می‌تواند نیروی خالص بیشتری ایجاد کند و با افزایش نیرو، شتاب افزایش می‌یابد. همچنین کاهش جرم خودرو سبب می‌شود همان نیرو شتاب بیشتری ایجاد کند.

a = F / m

W = mg
W = 50 kg × 10 m/s² = 500 N

پس وزن دانش‌آموز در سطح زمین تقریباً ۵۰۰ نیوتن است.

طبق قانون سوم نیوتون، نیرویی که پسر به اسب وارد می‌کند و نیرویی که اسب به پسر وارد می‌کند، هم‌اندازه و در خلاف جهت یکدیگر هستند.

اما چون جرم پسر بسیار کمتر از جرم اسب است، نیروی برابر روی جرم کوچک‌تر شتاب بیشتری ایجاد می‌کند:

a = F / m

بنابراین پسر و اسب در جهت‌های مخالف حرکت می‌کنند، ولی شتاب پسر بیشتر است.

۱ـ نیروی وزن: از طرف زمین و رو به پایین.
۲ـ نیروی عمودی سطح یا نیروی عمودی تکیه‌گاه: از طرف میز و رو به بالا.

چون جسم ساکن است و شتاب ندارد، این دو نیرو متوازن‌اند و نیروی عمودی سطح، نیروی وزن را خنثی می‌کند.

FN = W

W = mg
W = 10 kg × 10 m/s² = 100 N

چون جسم روی سطح افقی ساکن است و در راستای عمودی شتاب ندارد:

FN = W = 100 N

پس:
وزن جسم = ۱۰۰ نیوتن
نیروی عمودی سطح = ۱۰۰ نیوتن

ب) نشان دهید که هرچه جسم سنگین‌تر شود (مثلاً با قرار دادن اجسام دیگر روی مکعب) نیروی اصطکاک جنبشی نیز افزایش می‌یابد.

پس از شروع حرکت، چوب را طوری بکشید که با سرعت تقریباً ثابت حرکت کند. وقتی سرعت ثابت است، شتاب صفر و نیروی خالص تقریباً صفر است؛ بنابراین اندازه نیروی کشش نیروسنج با نیروی اصطکاک جنبشی برابر است.

عدد خوانده‌شده روی نیروسنج در این حالت، اندازه تقریبی نیروی اصطکاک جنبشی است.

مشاهده می‌شود برای حرکت دادن جسم سنگین‌تر با سرعت ثابت، نیروسنج عدد بزرگ‌تری نشان می‌دهد.

نتیجه: با افزایش وزن جسم، نیروی عمودی سطح افزایش پیدا می‌کند و در شرایط یکسان، نیروی اصطکاک جنبشی نیز افزایش می‌یابد.

ب) در چه مواردی باید نیروی اصطکاک را افزایش داد و این عمل چگونه انجام می‌شود؟