آزمایش تخت هوا

آزمایش شماره  3 :  آزمایش تخت هوا  

 

اگر بر جسمی هیچ نیرویی اثر نکند (یعنی جسم دیگری با آن برهمکنش نداشته باشد) آنجسم بهحرکتیکنواخت خود در راستای خط مستقیم ادامه می‌دهد، اگر جسم در ابتدا ساکن باشد درحال سکون باقی می‌ماند.

دید کلی

بررسی حرکت اجسام و یافتن اینکه چگونه یک حرکت بوجود می‌آید ذهنبشر را برای قرنها به خود مشغول کرده بود، اما توفیق چندانی در این مورد بدستنیامده بود. نیوتنبا بهره گیری از هوش سرشار و تلاشبسیار خود با تدوینقوانینحرکت که به نام خود او اسم گذاری شده است، توانست قدمهای بزرگی بردارد و بسیاریاز مسائل حرکت را با موفقیت زیاد حل کند. پیش ازگالیهتصور می‌شد که حتی برای ادامه حرکتیکنواخت اجسام باید به آنها نیرو وارد کرد. این تصور از برداشت غیر موشکافانه حرکت اجسام در زندگی روزمره ناشی می‌شد. به تجربه ثابت شده بود که اگر ازهل دادن صندوقی که روی سطحی افقی با سرعت ثابت حرکت می‌کند دست بردارند، یعنی به آننیرو وارد نکنند صندوق از حرکت باز می‌ایستد. گالیله با انجام آزمایش و پس از آننیز با تعمیم ذهنی نتایج آزمایش ،‌ نخستین کسی بود که در این تصور عمومی تردید کرد. نیوتن که در سال مرگ گالیله به دنیا آمد بررسیهای دقیق درباره حرکت انجام داد وقوانین حرکت را استخراج کرد.

آزمایش

بنا به تعریف هیچ نیرویی نباید بر جسم اثر کند اما حداقلنیرویگرانش زمین بر جسم اثر خواهد کرد و نمی‌توان آنرا از میان برد. با استفاده ازوسایل آزمایشگاهی مخصوص می‌توان شرایطی فراهم کرد که بجز در راستای قائم حداقلنیروی گرانش کره زمین بر جسم اثر می‌کند، در کلیه جهتهای افقی تقریبا نیرویی بر جسماثر نکند در نتیجه به کمک این وسایل می‌توانقانون اول نیوتنرا در جهت افقیبا تجربه آزمود. یکی از وسایل تخت هواست، تخت هوا از محفظه‌ای به شکل مکعب مستطیلساخته شده است که روی آن تعدادی سوراخ ریز وجود دارد. در هنگام آزمایش باید سطح آنکاملا افقی باشد هوا با سرعت وارد محفظه شده و از تمام سوراخها خارجمی‌شود.

اگر مهره‌ای روی تخت هوا قرار دهیم لایه نازکی از هوا میان مهره وسطح تخت هوا تشکیل می‌شود و تماس نزدیک مهره با سطح تخت هوا از میان می‌رود. به اینترتیب اصطکاک میان مهره و سطح تخت هوا بسیار کوچک می‌شود. در نتیجه در کلیه جهتهایافقی تقریبا نیروی بر جسم وارد نمی‌شود، اگر به مهره سرعت کمی داده شود تا کنارهتخت هوا در امتداد خط مستیقم و با همان سرعت پیش می‌رود و به این ترتیب قانون اولنیوتن در جهت افقی با آزمایش تأیید می‌شود. ملاحظه می‌شود که حرکت جسم در امتداد خطمستقیم و افقی با سرعت ثابت نیازی به نیرو ندارد.

نتایج قانون اول نیوتن

·    در این قانون تفاوتی میان جسم ساکن و جسمی که با سرعت ثابت حرکت می کند وجودندارد، هر دو حرکت در غیاب نیرو طبیعی‌اند، دلیل این امر وقتی روشن می‌شود که جسمساکن در یک چارچوب مرجع لخت ، مرجع لخت دیگری که با سرعت ثابت نسبت به اولی حرکتمی‌کند مشاهده کنیم. ناظری که در چارچوب اول قرار دارد جسم را در حال سکون می‌بینیدو ناظر واقع در چارچوب دوم می‌بیند که همان جسم با سرعت یکنواخت در حال حرکت است. هر دو ناظر متوجه می‌شوند که جسم شتاب ندارد یعنی سرعت آن تغییر نمی‌کند و هر دو ازقانون اول نتیجه می‌گیرند که هیچ نیرویی بر جسم وارد نمی‌شود.

·    میان نبودن و بودن نیروهایی که برآیندشان صفر است تفاوتی وجود ندارد. مثلا اگرفشار دستها به کتابنیرویاصطکاک را کاملا خنثی کند کتاب با سرعت یکنواخت حرکت می‌کند، بنابراین راه دیگربیان قانون اول این هست که اگر در مجموع نیرویی بر جسم اثر نکند شتاب آن صفر است.

 

نتیجه آزمایش

V=x / t

X 1= 30 cm       V= 0.3 / 1.1 = 0.27

X 2= 50 cm       V= 0.5 / 1.3 = 0.38

X 3= 70 cm       V= 0.7 / 1.7 = 0.41

X 4= 90 cm       V= 0.9 / 1.9 = 0.47

 

X=1\2 at2

X 1= 30 cm       a = 0.03      0.3 = 0.045a       a = 0.15

X 2= 50 cm       a = 0.05      0.5 = 0.125a       a = 0.25

X 3= 70 cm       a = 0.07      0.7 = 0.245a       a = 0.35

X 4= 90 cm       a = 0.09      0.9 = 0.405a       a = 0.45

 

a = m2g / m1+m2

a = 0.23*9.8 / 0.23 + 0.1

/ 0 نظر / 186 بازدید