چرا در سقوط آزاد احساس بی وزنی می کنيم؟

[بهزاد]

چرا در سقوط آزاد احساس بی وزنی می کنيم؟

پرسش بالا عنوان مقاله ای است از آقای دکتر پيروز مهذبی استاد فيزيک دانشگاه ويسکانزين که در شماره ی اخير April 2006 مجله ی فيزيکس تيچر به چاپ رسيده است. در کتاب های درسی فيزيک احساس بی وزنی را - در حين سقوط آزاد - با استفاده از عدم اعمال نيروی تکيه گاه بر شخص توجيه می کنند ؛ به طوری که گفته می شود در فاصله ای که شخص با زمين يا تکيه گاه ديگری تماس ندارد و تنها نيروی وزن بر او وارد می شود ، شخص احساس بی وزنی می کند.حال آنکه آقای دکتر مهذبی در مقاله ی خود سعی کرده اند از يک مدل بسيار ساده برای تبيين و توضيح اين موضوع استفاده کنند. به اين منظور ، مجموعه ای يک بعدی شامل N قالب که توسط فنرهايی مشابه و بدون جرم به هم وصل شده اند مطابق شکل زير در نظر بکيريد.جرم هر قالب برابر m است و مجموعه روی سطحی بدون اصطکاک و در حال سکون قرار دارد.





برای آنکه مجموعه شتابی برابر a و به طرف راست بگيرد دو راه وجود دارد. روش اول برای انجام موفقيت آميز اين کار اعمال نيروی افقی f است که به هر قالب مطابق شکل زير در جهت راست وارد شده است.

روش دوم برای شتاب گرفتن مجموعه اعمال نيروی F=Nf به سمت چپ و يا راست مجموعه مطابق شکل زير است.


هر چند شتاب هر قالب و در نتيجه مجموعه ی قالب ها در هر دو روش برابر a است ولی يک تفاوت اصلی بين اين دو روش وجود دارد. در روش اول هيچ يک از قالب های مجاور به يکديگر نيرويی وارد نمی کنند در حالی که در روش دوم هر قالب به قالب های مجاور خود نيرو وارد می کند و در نتيجه فنر هايی که قالب ها را به يکديگر وصل کرده اند با توجه به چگونگی اعمال نيروی F به مجموعه ی قالب ها در حالت الف يا ب شکل بالا به ترتيب فشرده و يا کشيده می شوند.

آقای دکتر مهذبی در ادامه ی مقاله ی خود با توجه به آنچه بيان شد نتيجه می گيرد که اجزای سازنده ی بدن در حين سقوط آزاد مطابق آنچه در خصوص شکل دوم بيان شد به يکديگر نيرويی وارد نمی کنند و همين موضوع سبب می شود که شخص در حين سقوط آزاد احساس بی وزنی کند. همچنين حالتی را نظر بگيريد که شخصی درون آسانسوری ايستاده است و آسانسور به طرف بالا و يا طرف پايين به طور شتابدار در حرکت است. در اين صورت شخص به ترتيب احساس وزن بيشتر و يا وزن کمتری می کند . اين وضعيت را می توان به کمک دو حالت نشان داده شده در شکل سوم توجيه کرد.

[a.gh.n]

شکلاش کوش؟

[بهزاد]

متاسفانه مي خواستم قرار بدم

هر كاري كردم نشد

[FATIMA]

بهزاد عزيز لطفا سعي كنيد كه تصاوير مربوط به مطلب رو هم ارسال كنيد . چراكه تمام توضيحات داده شده بر طبق شكل بوده .

متشكرم .

[هرمز پگاه]

اینهم با شكل
چرا در سقوط آزاد احساس بی وزنی می کنيم؟

پرسش بالا عنوان مقاله ای است از آقای دکتر پيروز مهذبی استاد فيزيک دانشگاه ويسکانزين که در شماره ی اخير April 2006 مجله ی فيزيکس تيچر به چاپ رسيده است. در کتاب های درسی فيزيک احساس بی وزنی را - در حين سقوط آزاد - با استفاده از عدم اعمال نيروی تکيه گاه بر شخص توجيه می کنند ؛ به طوری که گفته می شود در فاصله ای که شخص با زمين يا تکيه گاه ديگری تماس ندارد و تنها نيروی وزن بر او وارد می شود ، شخص احساس بی وزنی می کند.حال آنکه آقای دکتر مهذبی در مقاله ی خود سعی کرده اند از يک مدل بسيار ساده برای تبيين و توضيح اين موضوع استفاده کنند. به اين منظور ، مجموعه ای يک بعدی شامل N قالب که توسط فنرهايی مشابه و بدون جرم به هم وصل شده اند مطابق شکل زير در نظر بکيريد.جرم هر قالب برابر m است و مجموعه روی سطحی بدون اصطکاک و در حال سکون قرار دارد.




برای آنکه مجموعه شتابی برابر a و به طرف راست بگيرد دو راه وجود دارد. روش اول برای انجام موفقيت آميز اين کار اعمال نيروی افقی f است که به هر قالب مطابق شکل زير در جهت راست وارد شده است.

روش دوم برای شتاب گرفتن مجموعه اعمال نيروی F=Nf به سمت چپ و يا راست مجموعه مطابق شکل زير است.


هر چند شتاب هر قالب و در نتيجه مجموعه ی قالب ها در هر دو روش برابر a است ولی يک تفاوت اصلی بين اين دو روش وجود دارد. در روش اول هيچ يک از قالب های مجاور به يکديگر نيرويی وارد نمی کنند در حالی که در روش دوم هر قالب به قالب های مجاور خود نيرو وارد می کند و در نتيجه فنر هايی که قالب ها را به يکديگر وصل کرده اند با توجه به چگونگی اعمال نيروی F به مجموعه ی قالب ها در حالت الف يا ب شکل بالا به ترتيب فشرده و يا کشيده می شوند.

آقای دکتر مهذبی در ادامه ی مقاله ی خود با توجه به آنچه بيان شد نتيجه می گيرد که اجزای سازنده ی بدن در حين سقوط آزاد مطابق آنچه در خصوص شکل دوم بيان شد به يکديگر نيرويی وارد نمی کنند و همين موضوع سبب می شود که شخص در حين سقوط آزاد احساس بی وزنی کند. همچنين حالتی را نظر بگيريد که شخصی درون آسانسوری ايستاده است و آسانسور به طرف بالا و يا طرف پايين به طور شتابدار در حرکت است. در اين صورت شخص به ترتيب احساس وزن بيشتر و يا وزن کمتری می کند . اين وضعيت را می توان به کمک دو حالت نشان داده شده در شکل سوم توجيه کرد.

--

[a.gh.n]

ممنون

[بهزاد]

مرسي آقا هرمز
يه حالي بهمون دادي
يكي طلبتون

[physics_ta]

سلام تصاویر برای من نمایش داده نشد. لطفا بررسی بفرمایید. متشکرم

[rohamavation]

ببین در هنگام سقوط آزاد تنها نیرویی که به شما وارد میشود نیروی گرانشه که به سمت پایین وارد میشه. از آنجایی که هیچ Normal force نیروی عکس‌العمل عمودی سطه تو مکانیک مولفهیه عمود بر سطح تماسی که نیروی مماس بر یک جسم اعمال میکنه به سمت بالا عمل نمیکنه احساس بی وزنی میکنی .چیزی که هنگام ایستادن روی زمین به عنوان وزن احساس میکنی به دلیل جاذبه نیست به دلیل نیروی تماس طبیعی است که زمین به شما وارد میکنه. وقتی اون حذف بشه وزن خودتونو را احساس نمیکنین
اگر در فضا آویزان هستی و چیزی برای اعمال نیرو بر روی شما نیست وزن خودتونو را احساس نمیکنید.
و هنگامی که تحت نیروی گرانش قرار میگیرید و چیزی برای مقابله با سقوط شما نیست یا میگین نیروی تماس را اعمال کنین وزنتونو را نیز احساس نخواهید کرد و به همین دلیله که هر دو حالت را سقوط آزاد میگیم.
بنابراین هر دو به هم مرتبط هستند زیرا در یکی نیرو وجود نداشت و در دومی هیچ پشتیبانی یا نیروی تماسی وجود نداشت. بنابراین هر دو موقعیت ما فاقد نیروی تماس عادی هستیم.هنگامی که در سقوط آزاد هستید و ازدرگ هوا نداریم تنها نیرویی که بر بدنتون وارد میشه گرانشه که یک نیروی غیر تماسیه و شما احساس بی وزنی میکنید یعنی احساس بی وزنی به معنای تجربه نکردن احساس هیچ نیروی تماسیه. روی زمین بایستید و نیروی تماس رو به بالا زمین را روی پاهای خود احساس میکنید که مخالف و برابر با نیروی گرانش رو به پایین mg است.

. از آنجایی که بدن ما صلب نیستش قابل تغییر شکل هست بسته به جهت آن و محل نیروی تماس درجاتی از فشرده سازی را متحمل میشن
یعنی تجربه نیروهای جزر و مدی در سقوط آزاد نیروهای جزر و مدی ناشی از تغییر در نیروی گرانش به عنوان تابعی از فاصله از مرکز جرم جسم گرانشیه. به عبارت دیگر به دلیل یک گرادیان در نیروی گرانش.
برای فردی که در سقوط آزاد عمودی نزدیک زمین قرار داره نیروی گرانش روی پاها بیشتر از سر هستش که از نظر تئوری می تونه فرد را کشش دهد. اما برای زمین شیب نیروی گرانش در مقایسه با ابعاد بدن اونقدر کمه که ناچیزه . داخل یک آسانسور در سقوط آزاد فضایی محدود بدون میدان گرانشیه اصل هم‌ارزی دکتر اینشتین یعنی اجسام پرتاب‌شده نمیتونند حرکت لَخت رو به بالایشان را به اختیار متوقف کنند و در وسط آسانسور شناور بمانند. در نتیجه، شخص و ترازو به ناچار به سقف آسانسور برخورد میکنند و به پایین باز میگردن وقتی وضعیت را از یک آسانسور در حال سقوط آزاد یک چارچوب مرجع غیر اینرسی تحلیل کنی باید نیروی اینرسی (شبه یا ساختگی) را اعمال کنی تا قوانین حرکت نیوتن را اعمال کنی. در اینجا نیروی شبه در جهت بالا عمل میکنه و وزن فرد را خنثی میکنه
ببین «ناظر بیرونی شما را در حال شناور نمیبینه شما و آسانسور را در حال سقوط با هم میبینه البته، شما واقعاً شناور نیستید. شما فقط کمی کندتر از آسانسور به پایین می افتید، اما به نظر شما به نظر می رسد که شناور هستید. نکته (دوباره): وقتی در یک سقوط آزاد هستید، احساس می کنید که بی وزن هستید.وقتی وضعیت را از یک آسانسور در حال سقوط آزاد، یک چارچوب مرجع غیر اینرسی تحلیل می‌کنیم، باید نیروی اینرسی (شبه یا ساختگی) را اعمال کنیم تا قوانین حرکت آشنای نیوتن را اعمال کنیم. در اینجا نیروی شبه در جهت بالا عمل می کند و وزن فرد را خنثی می کند. نیروی خالص وارد بر شخص صفر است.
FBD که چگونه نیروی اینرسی و نیروی گرانشی روی یک جسم در آسانسوری که آزادانه سقوط میکنه یکدیگر را خنثی میکنند و در نتیجه منجر به بی وزنی میشه
حالا شما خواننده هوپا تصور کن که در آسانسور یک ساختمان بسیار بلند هستین. هنگامی که کابل های آسانسور دست نخورده اند شما روی کف آسانسور میایستید و کف نیروی تماسی معمولی را به شما وارد میکنه. هنگامی که کابل ها قطع میشن خدای ناکرده آسانسور با شتابی برابر با g به سمت پایین شتاب میگیره
(با فرض عدم اصطکاک با ریل و مقاومت هوا صفر). پاهای شما همچنان در تماس با زمین باقی خواهند ماند. با این حال دیگر نیروی رو به بالا وارد شده توسط کف را روی پاهای خود احساس نمیکنین اگر پاهای خود را بالا بیارین برخلاف آنچه که به طور معمول اتفاق می‌افته به سمت پایین حرکت نمیکنین
هنگامی که آسانسور سقوط آزاد خود را شروع میکنه به طور تصادفی نمیچرخد. او راست میمونه و وقتی پاهایش را بلند میکنه تماسش با کف اسانسور قطع میشه. با این حال اگر فرض کنم که او به کف یا دیوارهای آسانسور لگد نزنه مرکز جرم او در همان موقعیت (در رابطه با آسانسور) باقی میمونه
تو هواپیما
دلیل اینکه افراد بالا میروند اینه که هواپیما در ابتدا بیشتر از مقدار g به سمت پایین شتاب میگیره.
. شما می توانید وضعیت مشابهی را در آسانسور تجربه کنید اگر آسانسور را چنان به پایین هل داده شه که با شتابی بیشتر از g به سمت پایین شتاب بده . در این حالت با توجه به آسانسور شما نه تنها به سمت بالا حرکت خواهید کرد بلکه با شتابی برابر با a-g به سمت بالا شتاب خواهید گرفت.
a شتاب ارائه شده توسط نیروی هل دهنده اسانسوره. حالا میتوانید روی سقف آسانسور بایستید! امتحانش میشه کرد اما نمیتونید بعدش تعریفش کنید
. به جز این که از فریم آسانسور هر فشار جزئی به سمت بالا شما را به حرکت در میاره و نمیتونید جلوشو ر بگیرید. مثل من تو ایستگاه فضایی یا در مثال توذهواپیما در حال شیرجه زدن پرواز ضد جاذبه که همه افراد به سمت بالا فشار میاورن که باعث شناور شدن آنها میشه
احساس وزن نیز ایجاد میشه حتی زمانی که میدان گرانشی صفره زمانی که نیروهای تماسی بر اینرسی جسم شما توسط نیروهای مکانیکی غیر گرانشی اثر میگذارند و بر اینرسی غلبه میکنند مثل یک سانتریفیوژ یک ایستگاه فضایی در حال چرخش یا داخل یک وسیله نقلیه شتاب‌دهنده. .
چرا فضانوردان در داخل یک سفینه فضایی و نیروی گریز از مرکز احساس بی وزنی میکنند؟فضانوردانی که در فضا میچرخند چون هیچ نیروی تماس خارجی در فضا وجود نداره که بدن آنها را فشار بده یا بکشه. گرانش تنها نیروییه که بر بدنشون اثر میزاره.