دست همگی درد نکنه

معلق ماندن یک توپ به طور ثابت در جریان نامرئی هوا صحنه ی جالبی است. در این حالت وقتی تلاش می کنید توپ را با دست هل دهید، احساس می کنید که توپ نیرویی در خلاف جهت به دست شما وارد می کند . همچنین می توانید متوجه انحراف جریان هوا توسط توپ شوید . این آزمایش نیرویی که موجب بلند شدن هواپیما از سطح زمین می شود را نشان می دهد.

وسایل مورد نیاز

• سشوار ( یا جارو برقی )
• کاغذ نازک (زرورق)
• یک توپ تنیس رومیزی یا یک بالون کروی کوچک یا یک توپ پلاستیکی کوچک

شرح آزمایش

سشوار را روشن کرده و همانند شکل ، رو به بالا نگه دارید. با دقت توپ را در جریان هوای سشوار به حال تعادل درآورید. به آرامی آن را از جریان هوا بیرون بکشید . توجه کنید وقتی فقط نیمی از توپ بیرون از جریان هواست، احساس می کنید به طرف جریان هوا کشیده می شود. توپ را رها کنید . خواهید دید که توپ به جلو و عقب نوسان می کند و سپس جایی نزدیک مرکز جریان هوا متوقف می شود.
با یک دست توپ را اندکی از جریان هوا بیرون بکشید . با دست دیگر، یک تکه کاغذ نازک را در بالای توپ نگه داشته و در مورد جریان هوا در آن نقطه تحقیق کنید . توجه کنید که توپ جریان هوا را به طرف خارج منحرف می کند . اگر به جای سشوار از جاروبرقی و به جای توپ پینگ پنگ از توپ پلاستیکی استفاده می کنید ، در عمل می توانید جریان منحرف شده که به دستتان برخورد می کند را احساس کنید.
جریان هوا را کمی کج کنید و توجه کنید که توپ همچنان معلق می ماند.
توپ را در جریان هوا متعادل کرده وسشوار و توپ را به طرف یک دیوار ببرید (کنج اتاق بهتر است) . افزایش ارتفاع توپ را ملاحظه کنید .

چه اتفاقی در حال وقوع است؟

وقتی توپ در جریان هوا معلق است، هوای بالارونده به زیر توپ برخورد کرده و یک ناحیه ی پر فشار در آن جا بوجود می آورد . ناحیه ی پر فشار زیر توپ از افتادن آن بر اثر کشش جاذبه ی زمین جلوگیری می کند.
وقتی توپ را اندکی از جریان هوا خارج می کنید، هوا در اطراف قوس توپ که به مرکز جریان هوا نزدیک است، جریان پیدا کرده، و به سمت بالا می رود. جریان هوای روبه بالا نیرویی به سمت داخل به توپ وارد می کند (درست مثل نیرویی که جریان هوای رو به پایین زیر یک هلیکوپتر به پره های آن وارد می کند). این توضیح براساس قانون عمل و عکس العمل نیوتون می باشد.
طریقه ی دیگر توجیه این رویداد آن است که وقتی هوا قوسی را پیرامون توپ طی می کند، باعث می شود فشار هوا کم شده و فشار هوای جو ساکن در طرف دیگر توپ، آن را به طرف جریان هوا هل دهد.


 

قانون ارشمیدس

هر سیالی به جسمی كه در آن قرار گرفته (جزئی یا كامل) نیروی شناوری وارد می‌كند. اندازه نیرو برابر وزن سیال جا به جا شده است.

F_B = W_مایع

اندازه نیروی شناوری = F_B

وزن مایع جا به جا شده = W_مایع

اثری كه نیروی شناوری بر جسم می‌گذارد بستگی به سایر نیروهای وارد بر جسم دارد. به عنوان مثال اگر نیروی شناوری به اندازه كافی قوی باشد آنگاه جسم بر روی مایع شناور می‌ماند. شكل‌های زیر این موضوع را نشان می‌دهند.

در شكل زیر، جسمی به وزن 100N روی مایع قرار دارد و هیچ قسمت از آن را جا به جا نمی كند. بنابراین نیروی شناوری به آن وارد نمی گردد.

در شكل زیر، جسم تا حدودی در مایع فرو رفته و در نتیجه نیروی شناوری به آن وارد می‌شود. با این حال، اگر جسم رها گردد آنگاه در مایع فرو می‌رود زیرا نیروی شناوری كوچكتر از وزن جسم است.

در شكل زیر هم، جسم آن قدر در مایع فرو رفته كه نیروی شناوری وارد بر آن برابر وزن جسم گردیده است. بنابر این جسم به شكل شناور در مایع باقی می‌ماند.

 اگر نیروی شناوری قادر به تعادل با نیروی وزن نباشد (حتی در هنگامی كه تمام جسم در مایع فرو رفته) آن گاه جسم در مایع غرق می‌شود. حتی وقتی جسم در مایع فرو رفته است با این حال هنوز نیروی شناوری به آن وارد می‌گردد.

    در فیلم زیر اثر نیروی شناوری را  در کاهش نیروی وزن مشاهده می کنید.

ظ تعریفی کار حاصلضرب نیرو در جابه جایی است . اما از آنجایی که این تعریف از لحاظ مفهومی چندان جالب نیست آن را به صورت زیر تعریف می کنیم :

((کار یکی از روش های انتقال انرژی به اجسام است))

هنگامی که بر روی جسمی کار انجام می دهیم ، برایمان مهم است که چقدر انرژی را به این جسم انتقال داده ایم . طبق روابط فیزیکی از راه زیر می توانید مقدار کاری را که بر روی جسم انجام داده اید بدست آورید :

نیرو × جابه جایی = کار

و به زبان ریاضی داریم :

W = F.d

نکته ( بسیار مهم ) : یکای انرژی در فیزیک ژول است که آن را با نماد J نشان می دهیم و از آنجا که کار و گرما در انتقال انرژی نقش دارند یکای آن ها نیز ژول می باشد.

نکته : مفهوم ((کار)) را در فیزیک با کلمه ی ((کار))ی که روزمره از آن استفاده می کنید اشتباه نگیرید.

نکته:اگر بر جسمی نیرو وارد شود و هیچ جابه جایی ای صورت نگیرد کار صفر است و هیچ انرژی ای به جسم منتقل نمی شود