4 أنواع هامة من القوة (موضحة بالرسم البياني)

بعض من أهم أنواع القوة هي كما يلي: 1. قوة الاحتكاك 2. القوة المغناطيسية 3. قوة الكتروستاتية 4. قوة الجاذبية.

لقد ناقشنا حتى الآن نوع القوة التي نطبقها من خلال تنفيذ عضلاتنا. بالمعنى الحرفي ، يمكننا أن نطلق على هذه القوة العضلية. لا يمكن لهذا النوع من القوة التصرف إلا عندما يكون على اتصال بجسم ما. لا يمكنك دفع طاولة على الأرض ما لم تكن يدك على اتصال به ، على سبيل المثال.

هذا هو السبب في أن هذا النوع من القوة يسمى قوة الاتصال. هناك بعض القوى التي يمكن أن تعمل على الجسم من مسافة بعيدة. تسمى هذه القوى قوى عدم الاتصال. قبل أن نناقش هذه القوى ، دعونا ندرس قوة اتصال مهمة جدا تسمى قوة الاحتكاك.

1. قوة الاحتكاك:

لقد تعلمت أن القوة مطلوبة لإيقاف حركة الجسم أثناء الحركة. إذن لماذا لا تستمر الأرجوحة في التحرك إلى الأبد بمجرد دفعها؟ ولماذا لا تتدحرج الكرة بلا نهاية بمجرد ركلها ، حتى لو لم يتم تطبيق أي قوة لإيقافها؟

هذا لأنه عندما يتحرك الجسم (على السطح) فوق أخرى ، تعمل قوة الاحتكاك في اتجاه معاكس لحركة الحركة. تعارض القوة الاحتكاكية الحركة دائمًا ، في محاولة لوقف حركة سطح واحد فوق آخر. ومع ذلك ، مدى قوة قوة الاحتكاك يعتمد على طبيعة السطوح في الاتصال.

سيصبح ذلك أكثر وضوحًا بعد القيام بالنشاط التالي.

ضع أحد طرفي شريط من الكرتون أو الخشب الرقائقي على كتلة من الخشب أو الطوب. ضع الطرف الآخر على الأرض ، كما هو موضح في الشكل 8.5. ضع كرة مطاطية صغيرة بالقرب من القمة ، واتركها تتدحرج إلى الأرض. لاحظ المسافة التي تقطعها الكرة على الأرض.

جرب هذا النشاط على أنواع مختلفة من الطوابق (على سبيل المثال ، أرضية قرميدية وأرضية مغطاة بالسجاد). لاحظ المسافة التي تنتقل إليها الكرة في كل مرة. حاول أن تحتفظ بالورق المقوى في نفس الزاوية في كل مرة. سترى أن الكرة تنتقل أبعد على أرضية أكثر سلاسة.

لا يوجد سطح سلس تمامًا. حتى السطح الأملس يحتوي على مطبات صغيرة وثقوب صغيرة في كل مكان. عندما يتحرك سطحان فوق بعضهما البعض ، فإن المطبات والثقوب على كلاهما تتداخل مع بعضها البعض. هذا هو ما يسبب الاحتكاك. من الواضح ، كلما كان السطح أكثر نعومة ، كانت قوة الاحتكاك أقل. هذا هو السبب في أن الكرة تقطع مسافة أكبر على أرضية من البلاط أكثر من الأرضية المغطاة بالسجاد.

الاحتكاك الساكن والحركي :

لا تعتمد قوة الاحتكاك فقط على طبيعة الأسطح الملامسة. يعتمد أيضًا على ما إذا كان شيء ما يتحرك على سطح أو أنه ثابت.

نشاط:

حاول أن تضغط قاموسًا ثقيلًا فوق سطح الطاولة. ادفع برفق أولاً باستخدام إصبع واحد أو إصبعين. سوف تشعر بمقاومة الاحتكاك. استمر في زيادة القوة التي تقوم بتطبيقها حتى يبدأ القاموس في التحرك. هل يبدو أن المقاومة التي يقدمها الاحتكاك ، أو قوة الاحتكاك ، تنخفض عندما يبدأ الكتاب في التحرك؟

عندما يتم تطبيق قوة لتحريك الجسم ، فإن قوة الاحتكاك تقاوم الحركة. ومع زيادة القوة ، تزداد قوة الاحتكاك أيضًا ، إلى أن تصبح القوة المطبقة أكبر من قوة الاحتكاك. بمجرد أن تصبح القوة المطبقة أكبر من قوة الاحتكاك ، يبدأ الجسم في التحرك.

وعندما يبدأ الجسم في التحرك ، تنخفض قوة الاحتكاك. يبدو الأمر كما لو أن قوة الاحتكاك لديها قوة محدودة ، وطالما أن القوة المطبقة لا تتجاوز هذا الحد ، فإن قوة الاحتكاك تُثني عضلاتها وتعمل كبلطجة. عندما يتم تطبيق القوة على تجاوز هذا الحد ، تفقد قوة الاحتكاك القلب وتصبح أضعف.

تذكر شيئين في هذا السياق.

1. يبدأ الجسم في التحرك عندما تكون القوة المستخدمة أكبر من قوة الاحتكاك.

2. الاحتكاك الساكن ، الذي يعمل عندما يكون الجسم ثابتًا ، أكبر من الاحتكاك الحركي ، الذي يعمل عندما يتحرك الجسم.

عندما يكون الاحتكاك مفيدًا :

ستكون الحياة مستحيلة بدون احتكاك. لن تستطيع المشي ، على سبيل المثال. هو الاحتكاك بين الأرضية والقدمين أو الأحذية التي تسمح لك بالسير بشكل مريح. بدون احتكاك ، سوف تنزلق ، مثلما تفعل على أرضية مصقولة حديثًا ، أو بشرة موزة ، أو عندما يسيل أحدهم الماء على الأرض.

وبالمثل ، من دون احتكاك بين الإطارات والطريق ، سوف تنزلق المركبات ، كما تفعل في بعض الأحيان على الطرق المبتلة (الماء والحد من الجليد يقلل من الاحتكاك). فرامل السيارة تعمل أيضا عن طريق الاحتكاك. عندما يضغط السائق على دواسة الفرامل ، تداس أحذية الفرامل على سطح خشن خلف العجلات. هذا ينتج الاحتكاك ، والذي يبطئ العجلات.

عندما تكتب بالقلم الرصاص ، فإن الاحتكاك بين نقطة قلم رصاص والورقة يجعل جسيمات الكربون الدقيقة بعيدة عن الحافة وترك علامة على الورق. سيكون من المستحيل الكتابة بدون احتكاك - حاول الكتابة على الزجاج باستخدام قلم رصاص. تحتاج إلى احتكاك لإضاءة مباراة. إذا ضربت مباراة على سطح أملس ، فلن تضيء.

عندما يسبب الاحتكاك مشاكل :

الاحتكاك يجعل الأسطح تآكل. نعال حذائك تتهالك بسبب الاحتكاك. حتى تفعل أجزاء الآلات المختلفة التي فرك بعضها البعض. يمكنك أن ترى بنفسك كيف يتسبب الاحتكاك في التآكل عن طريق فرك ممحاة على الورق أولاً ثم فوق ورق الصنفرة. سوف تلصق الصنفرة الممحاة بسرعة أكبر لأنها أكثر خشونة.

الاحتكاك يهدر الطاقة أيضا. عند ركوب الدراجة ، على سبيل المثال ، يمكنك استخدام الطاقة للتغلب على الاحتكاك بين الأجزاء المتحركة للدراجة وكذلك الاحتكاك مع الهواء.

بينما تدفع طريقك في الهواء ، فإن قوة احتكاك تدعى مقاومة الهواء تعارض حركتك. كلما تحركت بشكل أسرع ، كلما كانت المقاومة أكبر ، إلى أن يتم استخدام كل طاقتك للتغلب على هذه المقاومة. لا يمكنك تسريع ما بعد هذه النقطة.

عيب آخر من الاحتكاك هو أنه يولد الحرارة. عندما تفرك راحة اليد ضد بعضها البعض ، يمكنك الشعور بالحرارة الناتجة عن الاحتكاك. عندما تضرب مباراة ، فإن الحرارة الناتجة عن الاحتكاك تساعد على إشعال المباراة. يمكن للحرارة الناتجة عن الاحتكاك أن تلحق الضرر بالأجهزة ، لذلك يتم استخدام المبردات لإسقاط درجة الحرارة.

تقليل الاحتكاك:

وبما أن احتكاك الطاقة يهدر ، ويلبس أجزاء الماكينة ويسبب التدفئة ، يحاول المهندسون دائمًا تقليل الاحتكاك. إحدى طرق تقليل الاحتكاك هي جعل الأسطح ملساء من خلال التلميع. طريقة أخرى هي التزييف.

يقلل الزيت من الاحتكاك عن طريق ملء الخدوش على الأسطح التي تتحرك ضد بعضها البعض في جهاز (وهذا هو السبب في أن دورات زيت الناس وآلات الخياطة). كما يمنع الاتصال المباشر بين السطوح من خلال تشكيل فيلم بينهما.

طريقة أخرى للحد من الاحتكاك هو استخدام الكرات أو محامل البكرات. محامل تأتي في العديد من الأشكال والأحجام وتستخدم للحد من الاحتكاك وخاصة عندما يدور قضيب داخل حفرة ، كما هو الحال في عجلة دراجة. تلك المستخدمة بين محور العجلة ومحور دراجة هي كرات الصلب الصغيرة. يساعدك النشاط التالي على فهم كيفية مساعدة الكرات في تقليل الاحتكاك.

نشاط:

حاول أن تضغط على علبة ثقيلة أو حقيبة على الأرض. ثم اطلب من شخص بالغ أن يساعدك في وضع قضيبين (مثل قضبان الستارة) تحت الكرتون وادفعها مرة أخرى. يمكنك أيضًا وضع أقلام رصاص أو شموع تحت كتاب ثقيل ومحاولة نقله على سطح الطاولة. سيكون من الأسهل نقل الكرتون أو الكتاب عندما يكون لديك "بكرات" تحته.

وذلك لأن الاحتكاك المتداول أقل من الاحتكاك المنزلق. بعبارة أخرى ، تكون قوة الاحتكاك أكبر عندما ينزلق أحد السطحين فوق آخر عندما يتدحرج فوق الآخر.

هذا هو السبب في وضع محامل كروية ، حرة في الدوران ، بين الأجزاء المتحركة من الآلات. هذا هو السبب أيضا في وجود عجلات تحت الحقائب وعربات التلفزيون. في الواقع ، كان اختراع العجلة نتيجة لاكتشاف أن الاحتكاك المتداول أقل من الاحتكاك المنزلق. يجب أن يكون الناس قد لاحظوا أن وضع السجلات تحت الزلاجات يجعل من السهل دفع الزلاجات على طول. ثم يجب أن يكون لديهم عجلات خشنة من جذوع الأشجار وترتيبها إلى عرباتهم.

تبسيط:

الهواء والماء يوفران أيضًا مقاومة للحركة. مصممة طيور الطبيعة (الطيور) والسباحين (الأسماك) للحد من هذه المقاومة. لديهم ما يسمى الهيئات الانسيابية. جسم انسيابي له حدوده السلسة.

عندما يتحرك مثل هذا الجسم عبر الماء أو الهواء ، فإنه يزعج التدفق الطبيعي للماء أو الهواء بأقل قدر ممكن. هذا يقلل من المقاومة التي يقدمها الهواء أو الماء لحركتها. تم تصميم السيارات والطائرات والسفن للحصول على أجسام مبسطة.

زيادة الاحتكاك:

في بعض الحالات ، من مصلحة لنا زيادة الاحتكاك. على سبيل المثال ، نعال حذائيتنا وإطارات السيارات ، لديها أخاديد لزيادة الاحتكاك. إذا كانت سلسة ، سيكون هناك خطر الانزلاق أو الانزلاق.

الأحذية التي يرتديها الرياضيون ومتسلقو الجبال لديهم ارتفاعات تحتها لتحسين القبضة. دواسات دراجة ، عجلة قيادة سيارة ، مقبض سكين ، يمكنك التفكير في العديد من الأمثلة حيث تكون الأسطح خشنة لزيادة الاحتكاك.

2. القوة المغناطيسية:

تنجذب أشياء مصنوعة من الحديد من قبل المغناطيس. وتسمى القوة التي يجذب بها المغناطيس مثل هذه الأشياء القوة المغناطيسية ، وتسمى هذه الظاهرة بالمغناطيسية. يجب أن تكون قد لاحظت أن المغناطيس لا يجب أن يكون على اتصال بشيء مصنوع من الحديد من أجل جذبه. على عكس القوة العضلية والقوة الاحتكاكية ، يمكن للقوة المغناطيسية أن تعمل من مسافة بعيدة.

3. كهرباء كهرباء:

إذا قمت بتشغيل مشط خلال شعرك (بشرط أن يكون جافًا) عدة مرات ثم أمسك المشط على قطع صغيرة من الورق ، فسوف يتم سحبها إلى المشط. القوة التي تعمل على قطع الورق تسمى القوة الكهروستاتيكية. هذا هو نوع آخر من القوة التي يمكن أن تعمل من مسافة بعيدة. سوف تتعلم المزيد عنه في فصل آخر.

4. قوة الجاذبية:

أنت تعلم أن كل شيء على الأرض أو بالقرب منها ينجذب إليها بقوة الجاذبية. هذا هو ما يجعل الكرة تنزل عند ركلها لأعلى. لو لم تكن هناك قوة للجاذبية ، فإن الكرة تطير على الفور. القمر أيضا يسحب الأشياء بالقرب منه بقوته الخاصة من الجاذبية. وكذلك تفعل جميع الكواكب الأخرى والشمس وكل النجوم. في الواقع ، أي جهازيْن في هذا الكون يجتذبان بعضهما البعض بواسطة قوة تسمى قوة الجاذبية.

يسمى هذا القانون قانون نيوتن للجاذبية تكريماً للسير إسحق نيوتن ، الفيزيائي الإنجليزي والرياضي الذي اكتشفه. قد تتسائل لماذا لا تشعر بأن الحافلة المدرسية أو زملائك في الفصل يجذبونك بقوة الجاذبية.

المشكلة هي أن قوة الجاذبية تعتمد على جماهير الهيئتين المعنيتين. وما لم تكن إحدى الجثث ضخمة جدًا ، لا يمكن الشعور بها. هذا ما يفسر أيضا لماذا قوة الجاذبية الأرضية أكبر بكثير من القمر. ذلك لأن كتلة الأرض أكبر بكثير من القمر.

مجال الجاذبية:

عندما نسقط كرة من ارتفاع ، يتم سحبها بواسطة قوة الجاذبية الأرضية ، على الرغم من أن الكرة ليست على اتصال مع الأرض. هذا يعني أن جاذبية الأرض يمكن أن تعمل على مسافة ، تماما مثل القوى المغناطيسية والكهروستاتيكية. الآن ، هل تطبق الأرض القوة على الكرة مباشرة؟

أم أن الأرض تطبق هذه القوة بشكل غير مباشر من خلال شيء متصل بالكرة؟ يفضل العلماء الخيار الثاني لأنه يسمح لهم بوصف العديد من الظواهر الطبيعية. يقولون أن كتلة الجسم (مثل الأرض) تنتج حقل جاذبية حول الجسم. هذا المجال هو الذي يمارس قوة الجاذبية على كل الأشياء القريبة والبعيدة.

وزن:

لقد تعلمت بالفعل في صفك السابق أن وزن الجسم يعتمد على كتلته. وزن الجسم هو في الواقع القوة التي تجتذبها الأرض. إذا لم تجذبنا الأرض ، فسنكون بلا وزن ، على الرغم من أنه ما زال لدينا نفس الكتلة التي لدينا الآن.

توازن الربيع هو جهاز يمكنك استخدامه لقياس وزن الجسم. سوف يبين لك النشاط التالي كيف. لا يمكنك استخدام توازن شعاعي لقياس وزن الجسم لأنه يقارن فقط كتلة الجسم بالكتلة المعروفة ذات الوزن القياسي.

نشاط:

علق ربيع من الظفر ولاحظ طوله. إذا لم تستطع الحصول على زنبرك ، فستقوم فرقة مرنة واسعة. شنق حجرا صغيرا من الطرف الآخر من الربيع ولاحظ الزيادة في طوله. علق حجرا أكبر ولاحظ التغيير في طول الربيع مرة أخرى. يمكنك تجربة هذا النشاط بالحجارة ذات الأحجام المختلفة.

ستلاحظ أنه كلما كبر الحجر كلما ازدادت فترة الربيع. هذا لأن حجر أكبر له كتلة أكبر ، لذلك يتم سحبه من قبل الأرض بقوة أكبر (قوة الجاذبية تعتمد على الكتلة ، تذكر). هذا هو المبدأ الذي يعمل عليه توازن الربيع. لديه علامات لقياس وزن الجسم وفقا لمقدار ما يحصل داخل الربيع عندما يتم تعليق الجسم من خطافها.

إذا كان بإمكانك قياس وزن كتلة 1 كغم على القمر ، سيظهر توازنك في الربيع سدس القراءة التي تظهر على الأرض. وعلى المشتري ، ستكون القراءة ضعف ما في الأرض. تظهر العديد من موازين الربيع قراءات بالكيلوغرام. بما أن الميزان الربيعي يقيس وزن الجسم أو قوة الجاذبية التي تعمل عليه ، يجب أن تكون القراءات بوزن كيلوغرام (kg-wt) أو كيلوغرام-كغ (kgf).

وحدة القوة:

هناك علاقة وثيقة للغاية بين قوة الجاذبية التي تعمل على كتلة 100 غرام ووحدة القوة SI ، وتسمى نيوتن (الرمز: N). وزن كتلة 100 غرام أو قوة الجاذبية التي تعمل على ذلك هو 0.98 ن. وبالتالي ، فإن وزن كتلة 1 كجم = 9.8 N.