. وب اپلیکیشن  . فیزیک  . شبیه ساز قانون دوم نیوتن
شبیه ساز قانون دوم نیوتن

شبیه ساز قانون دوم نیوتن

قانون دوم نیوتن چیست؟

قانون دوم نیوتن به رفتار اشیا ارتباط دارد و بیان می دارد که تمام نیرو ها متعادل نیستند. قانون دوم نیوتن با قانون اول ارتباط بسیار نزدیکی دارد که در این مرحله رابطه بین نیرو و شتاب را بیان می کند. همانطور که می دانیم تغییر حرکت باعث تغییر سرعت می شود و تغییر سرعت به معنای تعریف شتاب می باشد.

قانون اول نیوتن می گوید یک نیروی خالص خارجی باعث تغییر حرکت شده و در نتیجه این تغییر حرکت ناشی از نیروی خارجی باعث ایجاد شتاب می گردد.

نیروی خارجی چیست ؟

طبق تعریف قانون اول نیوتن : یک جسم حالت سکون و یا حرکت یکنواخت روی خط راست خود را حفظ می کند، مگر آنکه تحت تاثیر نیرویی مجبور به تغییر آن حالت شود. نیرو عاملی است که باعث تغییر حرکت در اجسام می شود. وقتی به جسمی نیرو وارد می شود جسم تغییر حرکت می دهد، یعنی می تواند متحرک یا ساکن شود. در هر صورت تغییر حرکت باعث می شود جسم تغییر سرعت دهد و تغییر سرعت باعث به وجود آمدن شتاب می شود.

اگر شی و جسمی که به آن نیرو وارد می شود را به عنوان مثال در نظر بگیریم ، نیروی خارجی از خارج این سیستم به آن اعمال می شود حال نیروهای داخلی بین اجزای داخلی سیستم اعمال میگردد.البته گاهی اوقات تنظیم مرز بین سیستم داخلی و خارجی نیز نیاز به دقت بالایی خواهد داشت تا بتوانیم تعریف درستی از نیروی داخلی و خارجی داشته باشیم.

تعریف دقیق تر قانون دوم نیوتن

اول توضیحاتی که برای نیرو نوشتم را مطالعه نمایید. خوب حالا می رویم سراغ قانون دوم نیوتن! گفتم جسم دوست دارد اگر ساکن است، ساکن باقی بماند و اگر متحرک است، متحرک باقی بماند! اما اینجا قرار نیست جسم هر طور دوست دارد بماند! ما میخواهیم به آن نیرو وارد کنیم و حالت آن را تغییر دهیم! وقتی به جسم نیرو وارد کنیم چه چیزی به وجود می آید؟ امیدوارم جوابتان شتاب باشد! چون در توضیحات نیرو این را گفتم. قانون دوم نیوتن به همین موضوع اشاره دارد و هدفش محاسبه ی همین شتاب است.
تعریف قانون دوم نیوتن: اگر به یک جسم نیروهایی وارد شود شتابی می گیرد که با برآیند نیروهای وارد بر جسم نسبت مستقیم دارد و با آن هم جهت است و با جرم جسم نسبت وارونه دارد.

قانون دوم نیوتن را با رابطه ی زیر نشان می دهند:

a = f/m
a: شتاب حاصل از نیروی وارد شده
f: نیروهای وارد شده بر جسم
m: جرم جسم

تحلیل قانون دوم نیوتن

در مرحله ی اول به کلمه ی نیروها دقت کنید! وقتی بر یک جسم نیرو وارد می کنید فقط همان یک نیرو نیست! نیروهای دیگری هم هستند که دارند به جسم وارد می شوند! مثل نیروی گرانش، اصطحکاک و… ! اینکه با برآیند نیروهای وارد بر جسم رابطه ی مستقیم دارد، یک چیز خیلی واضح است. شما وقتی به یک توپ با قدرت زیاد نیرو وارد می کنید بیشتر تغییر مکان می دهد یا وقتی با قدرت کم نیرو وارد می کنید؟ تغییر مکان بیشتر هم یعنی سرعت بیشتر و سرعت بیشتر هم …

اثرات مختلف نیروهای وارد بر جسم در قانون دوم نیوتن

نیوتن در قانون دوم خود در رابطه با حرکت، اثرات مختلف نیروها را که بر جسم وارد می شود به شرح زیر خلاصه نمود:
«میزان تغییر در اندازه ی حرکت یک جسم (افزایش شتاب یک جسم با جرم ثابت) بستگی به نیرو و یا نیروهای موثر بر جسم دارد و در جهتی که آن نیرو یا برآیند نیروهای وارد شده بر آن تعیین می کند به حرکت خود ادامه می دهد».

ارتباط بین قوانین نیوتن

در مقایسه مقادیر می توان دید که دو برابر شدن نیروی خالص باعث دو برابر شدن شتاب(اگر جسم ثابت باشد) به طور مشابه، مقایسه مقادیر نشان می دهد که دو برابر شدن نیروی خالص باعث نیمی از شتاب(اگر جسم ثابت است). شتاب مستقیما با نیروی خالص سازگار است. شتاب به طور معکوس با جرم متناسب است.

سیستم شبیه ساز قانون دوم نیوتن

این سیستم تعاملی به یادگیرنده امکان تحقیق را می دهدکه در هنگام اعمال یک نیروی خارجی همه جوانب تاثیر گذار در شتاب یک جسم را مطالعه نماید. نرم افزار آنلاین شبیه ساز قانون دوم نیوتن برای کاربر با محیطی ساده طراحی شده تا نوآموز بتواند با در نظر گرفتن جعبه به عنوان یک شی ، مقدار نیروی کل  را با استفاده از متغیر های ورودی جرم ، اصطکاک و نیروی خارجی وارد شده مشاهده نماید.

مقدار اصطکاک با تغییر یک ضریب معروف به ضریب اصطکاک تغییر می یابد. دانش آموزان می توانند یک متغیر را تغییر داده ، شبیه ساز را اجرا و با اندازه گیری شتاب ، در مورد عوامل موثر بر شتاب نتیجه گیری و تحقیق کنند.

شبیه ساز قانون دوم نیوتن

محاسبه نیروی خارجی Fnet بر اساس فاکتور های جرم ، اصطکاک و نیرو

نمایش نمودار سرعت برحسب زمان

منوی ویژه قرارداد اشیا مختلف در صفحه آزمایش

امکان وارد نمودن داده های ورودی نیرو ، جرم و اصکاک به صورت دلخواه

محیط تعاملی و گرافیکی به صورت انیمیشن برای درک بهتر مطلب

ارسال نظر

13 + 16 =