گروه آموزشی فیزیک شهرستان رودان

سقوط سنگها

هر قطعه سنگ چندین بار از یک ریگ سنگین تر است؛ یعنی نیروی گرانش وارد بر سنگ چندین برابر نیروی گرانش وارد بر ریگ است. با وجود این، اگر سنگ و ریگ را همزمان از یک ارتفاع رها کنیم با شتاب یکسان سقوط خواهند کرد (با چشم پوشی از مقاومت هوا). دلیل اینکه شتاب سنگ از ریگ بیشتر نیست مربوط می شود به:

الف) انرژی

ب) وزن

ج) لختی

د) مساحت سطح

هـ) هیچکدام

پاسخ: (ج) پاسخ درست است. بلی به لختی مربوط می شود.اگر شتاب فقط با نیرو متناسب بود نیروی گرانی (ثقل) بزرگتری که به سنگ وارد می شد شتابی به آن می داد که از شتاب ریگ بیشتر بود. اما شتاب هر جسم به جرم (لختی) آن نیز بستگی دارد. جرم در برابر شتاب مقاومت می کند. به ازای یک نیروی معین، هرچه جرم بزرگتر باشد شتاب حاصل کمتر است. این بیان همان قانون دوم نیوتن است که بنا به آن شتاب با برآیند نیرو های وارد بر جسم به طور مستقیم و با جرم آن به طور معکوس متناسب است.

تنها نیروی وارد بر جسم در حال سقوط آزاد نیروی گـرانی (یـا وزن آن) اسـت و وزن هـم با

جرم متناسب است (وزن دو کیلوگرم شکر دو برابر وزن یک کیلوگرم شکر است). سنگی که وزنش صد برابر یک ریگ باشد جرمش هم صد برابر جرم ریگ است. این سنگ را گرانی یا نیروی صد برابر بزرگتر از نیروی وارد بر ریگ می کشد؛ اما لختی یا بیمیلی آن در برابر تغییرات حرکت نیز صد برابر لختی یا بیمیلی ریگ است.

فیل و پر

یک فیل و یک پر از روی درخت بلندی همزمان سقوط می کنند. نیروی مقاومت هوا یر روی کدام یک بیشتر است؟

الف) فیل

ب) پر

ج) نیروی مقاومت هوا بر روی هر دو یکسان است.

پاسخ: (الف) پاسخ درست است. توجه کنید که اگر چه اثر های مقاومت هوا بر روی پر محسوس تر است؛ اما نیروی بالفعل مقاومت هوا در برابر فیل چندین برابر بزرگتر است از نیروی مقاومت هوا در برابر پر. همچنین فیل سنگین در هوا تند تر سقوط می کند و مقاومت هوا در برابر آن باز هم بیشتر می شود. پر خیلی سبک است (در حدود گرم) و قبل از آنکه نیروی مقاومت هوا با وزنش برابر شود سرعتش چندان زیاد نمی شود. پس از آن پر به سـرعت حــد می رسد. از این لحـظه به بعد شـتاب صفر می شود و هم سرعـت و هم نیـروی

مقاومت هوا تا پایان مدت سقوط ثابت باقی می مانند. از صرف دیگر، نیروی مقاومت هوا در برابر فیل مثلا" تا 20 نیوتن افزایش می یابد. این نیرو نسبت به نیروی مقاومت هوا در مقابل پر خیلی زیاد است اما در مقایسه با وزن یک فیل بینوای 20 تنی که با سرعت فزلینده به طرف زمین سقوط می کند قابل چشم پوشی است.

اگر شما به این پرسش پاسخ درست نداده اید احتمالا" به این دلیل بوده است که منظور اصلی پرسش را متوجه نشده اید. به عبارت دیگر، به پرسشی که "باید" پاسخ نداده اید. دقت کنید که میان آنچه درباره اش پرسیده می شود و اثر آن باید تمایز قائل شوید. از این نوع پرسشها فراوان مطرح شده است. بنابر این خیلی مواظب باشید.

شیشه ی مگس

یک دسته مگس را در شیشه ی در بسـته ای قرار داده ایم. شیشه ی مگس را روی تـرازو می گذاریم. ترازو وقتی وزن مگس ها را بیشتر نشان می دهد که مگسها:

الف) در ته ظرف نشسته باشند

ب) در فضای داخل ظرف در حال پرواز باشند

ج) ... وزن شیشه در هر دو حالت یکسان است

پاسخ: (ج) پاسخ درست است. وقتی مگس ها از ته ظـرف بـلند می شـونـد یا بر آن فـرود می آیند ممکن است توازن آن اندکی تغییر کند. اما اگر در داخل شیشه ی در بسته در حال پرواز باقی بـمانند یا در ته آن نشسته بـاشند وزن شـیشه تـغییر نـمی کند. وزن شـیشه بستگی دارد به

جرم داخل آن که تغییر نمی کند. اما چگونه وزن یک مگس در حال پرواز به ته شیشه منتقل می شود؟ به وسیله ی جریان هوا، مخصوصا" جریانهای رو به پایینی که بال مگس ها تولید می کنند. اما آن جریان های رو به پایین باید به طرف بالا هم برگردند. آیا ممکن است نیروی جریانهای هوا بر ته ظرف با همین نیرو بر در ظرف برابر باشد؟ خیر؛ اثر این جریانهای سر بالا بیشتر است. چه چیز سبب کند شدن سرعت جریانهای هوا می شود؟ اصطکاک؛ اگر اصطکاک نبود، مگس نمی توانست پرواز کند.

اتومبیل آهنربایی

آیا با آویختن یک آهـنربا در مقابل یک اتـومبیل آهنی، آن طور که در شکل دیده می شود، می توانیم اتومبیل را به حرکت در آوریم؟

الف) بلی، می توانیم

ب) اگر اصطکاک مانع نشود، می توانیم

ج) نمی توانیم

پاسخ: (ج) پاسخ درست است. می توانید این طور استدلال کنید که از کار ورودی صفر، کار خروجی نتیجه نمی شود؛ یا به عبارت دیگر، ایجاد حرکت دائم محال است. 

شلوار جین

علامت تجارتی روی یک نوع شلوار جین دو اسب را نشان می دهد که شلواری را از طرفین می کشند.

اگر به جای دو اسب تنها از یک اسب استفاده و طرف دیگر شلوار محکم به درخت تنومندی بسته شود آیا کشش روی شلوار:

الف) نصف می شود

ب) اصلا" تغییری نمی کند

ج) دو برابر می شود

پاسخ: (ب) پاسخ درست است. فرض کنید یکی از اسبها یک تن نیرو وارد کند. در این صورت اگر خواسته باشیم که در این مسابقه برنده وجود نداشته باشد باید اسب دیگر هم یک تن نیرو وارد کند. حال اگر یکی از اسبها درخت را با یک نیروی یک تنی به طرفی بکشد درخت هم باید اسب را با همین نیرو به عقب بکشد؛ زیرا در غیر این صورت اسب شلوار را بـا خـود بر مـی دارد و در مـی رود. بـنابراین فـرقی نمی کند که اسب یـک طـرف شـلوار را بكشد یا درخت. آیا نیرویي به شلوار وارد می شود؟ نه؛ نیرو ي خالصي وارد نمی شود؛ کشش وارد می شود.

در دادگاه

وکیلی هنگام آماده کردن پرونده هایش برای دادگاه با مورد زیر برخورد می کند.

کسی شکایت کرده بود که یک گلدان به وزن 5/4 نیوتن از فاصله ی 30 سانتی متری بر روی سرش افتاده است. وکیل می خواهد نیروی ضربه ی وارد بر سر موکلش را محاسبه کند. به نظر شما این نیرو چقدر است؟

الف) 5/4 نیوتن

ب) 18 نیوتن

ج) 72 نیوتن

د) 144 نیوتن

هـ) از روی این معلومات نمی توان به سؤال  وکیل پاسخ داد

پاسخ: (هـ) پاسخ درست است. حل این جور مسائل برای دانشجویان رشته ی فـیزیـک مثل "آب خوردن" است؛ اما محال است بدون دانستن میزان "فرو رفتن" جمجمه (ازجمله گردن، گلدان، مو و کلاه)، کسی بتواند به آن پاسخ بدهد. اگر گلدان روی چیزی بیفتد که میزان فرو رفتن آن زیاد است مثل بالش، نیروی ضربه ی آن خیلی ناچیز است. اگر روی یک چیز خـیلی سفـت بیفتـد، می شـکنـد! اگـر روی چـیزی بیفتـد کـه اصـلا" فرو نرود نیروی ضربــه

بی نهایت بزرگ است! فرض کنید که میزان فرو رفتن کله ی موکل قاضی ما 3 سانتی متر باشد، آن گاه تمام انرژی گلدان در حال سقوط (یعنی 30 سانتی متر- 5/4 نیوتون) باید در طول این 3 سانتی متر مصرف شود و به حال سکون درآید. کار نیروی 5/4 نیوتون در طول 30 سانتی متر با کار نیروی 45 نیوتون در طول 3 سانتی متر برابر است.(ضمنا خاصیت کلاه های سخت یا ضربه گیر در سخت بودن آن ها نیست، بلکه در این است که میزان فرو رفتن آن ها زیاد است.شاید در سیاره دیگر و به زبانی دیگر آن ها را "کلاه های فرو رو" بنامند).

منبع: http://www.alizadeonline.com/sargarmi.htm