قوانین نیوتن

نیرو عامل به وجودآورنده تغییر و یا متمایل به ایجاد تغییر در موقعیت ایستا و یا متحرک یک جسم تعریف می شود.توپی که روی میز بیلیارد قرار دارد در همان وضعیت می ماند مگر آنکه نیرویی بر وری آن اثر بگذارد و موجب تغییر موقعیت آن شود.

قوانین نیوتن

مکانیک نیوتنی به آن بخش از علم فیزیک مربوط می شود که در آن قوانین حاکم بر حرکت اجسام که با سرعت کمتر از نور حرکت می کنند بررسی می شود. اسحاق نیوتن با ارائه اصول مذکور ارتباط بین قوانین نیرو و حرکت را نشان داد به همین دلیل قوانین حرکت نام دیگری است که به اصول مذکور داده است. این اصول تحت عناوین قانون اینرسی، شتاب و عمل – عکس العمل نیز شناخته می شود.

قانون اول: اینرسی

اجسام وضعیت سکون یا حرکت مستقیم الخط یکنواخت خود را همواره حفظ می‌کنند، مگر اینکه مجبور به تغییر وضعیت از طرف نیروهای خارجی شوند.

به عبارت دیگر، اگر بر جسمی نیرویی وارد نشود یا برآیند نیروهای وارد بر آن صفر باشد، آن جسم وضعیت سکون یاحرکت مستقیم الخط یکنواخت خود را حفظ خواهد کرد.به بیانی ساده تر همیشه نیرویی برای توقف، شروع یا تغییر حرکت لازم است.

اینرسی: کپلر معتقد است که اینرسی بدن، نیروی مورد نیاز برای ایجاد حالت استراحت در بدن است. اینرسی جسم همان جرم جسم است. در قوانین نیوتن از اینرسی با تعبیر سختی تغییر سرعت جسم یاد می شود. در سیستم بین المللی یکاها که به آن سیستم متریک گفته می شود جرم بر حسب کیلوگرم بیان می شود که بیانگر اندازه مقدار ماده ای است که جسم را می سازد و از آن به عنوان اندازه کمی اینرسی می توان یاد کرد.

قانون گرانش نیوتن:

ذرات ماده همدیگر را جذب می‌کنند که نیروی جاذبه بین دو جفت از آن ها نسبت مسقیم با جرم آن ها و نسبت معکوس با مجذور فاصله آن ها دارد. بر همین اساس، اگر ورزشکار را یک جسم و زمین را جسم دیگر تلقی کنیم، با توجه به قانون گرانش نیوتن به ورزشکار سنگین نسبت به ورزشکار سبک نیروی بیشتری از طرف زمین وارد می‌شود.

همچنین اگر دو توپ فوتبال و بسکتبال در شرایط یکسان شوت شوند، با توجه به اینکه به توپ بسکتبال بیشتر از توپ فوتبال از طرف زمین نیرو وارد می‌شود، به همین خاطر برد توپ فوتبال بیشتر خواهد بود.

فاصله بین دو جسم (l) عامل مهمی در تعیین میزان نیروی جاذبه بین دو جسم است.با توجه به اینکه شعاع زمین در نواحی استوار بیشتر از نواحی قطبی می‌باشد، به همین خاطر نیروی جاذبه در استوا کمتر از قطب بوده و در نتیجه عملکرد ورزشکاران پرتابی در استوا بهتر از قطب می‌باشد.

اندازه حرکت:

هر جسم متحرک دارای اندازه حرکتی است که متناسب با جرم و سرعت حرکت آن است. به عبارت دیگر، اندازه حرکت جسم برابر حاصل‌ضرب جرم جسم در سرعت آن می‌باشد.

بنابراین اندازه حرکت صرفاً مربوط به اجسام متحرک می‌باشد نه اجسام ساکن. هر قدر اندازه حرکت یک جسم بیشتر باشد، اثری که در برخورد روی جسم دیگر می‌گذارد، بیشتر و بارزتر خواهد بود. استفاده از راکت سنگین‌تر در بازی تنیس به منظور ایجاد اندازه حرکت بیشتر می‌باشد.

قانون دوم: قانون شتاب

اگر بر جسمی یک یا چند نیرو اثر کند، در راستای آن نیرو یا برآیند نیروها شتابی می‌گیرد که با مقدار نیرو یا برآیند نیروها نسبت مستقیم و با جرم جسم نسبت معکوس دارد.

به عبارت دیگر، تغییرات اندازه حرکت ایجاد شده در یک جسم متناسب با نیروی وارد بر آن می‌باشد.

وزن:

نیروی کششی که از طرف جاذبه زمین بر جسم وارد می شود وزن نامیده می‌شود. کسی که 700 نیوتن وزن دارد، نیروی جاذبه‌ای که از طرف زمین بر وی وارد می‌شود 700 نیوتن است.با توجه به اینکه نیروی جاذبه زمین در نقاط مختلف آن متفاوت است، به همین خاطر وزن یک جسم در نقاط مختلف زمین تغییر می‌کند.

قانون سوم: عمل – عکس العمل

به نظر می‌رسد که حرکت دونده در پیست دو و میدانی در اثر نیروی وارد از طرف پاهای ورزشکار به طرف زمین باشد. اما در اصل این نیروی اعمال شده از طرف زمین بر پاهای دونده است که باعث پیشروی او می‌شود. هر چند مقدار این نیرو دقیقاً برابر نیروی اعمال شده از طرف پاهای دونده بر زمین می‌باشد، اما جهت آن ها مخالف می‌باشد.این موضوع تحت عنوان قانون سوم نیوتن چنین مطرح می‌شود که؛ برای هر عملی عکس‌‌العملی است که مقدارش با آن برابر و جهتش با آن مخالف می‌باشد.

مثال هایی از قانون سوم نیوتن:

شناگری که از لبه استخر شیرجه می‌زند، در اصل نیروی عکس‌العمل لبه استخر (زمین) بر پاهای او می‌باشد که باعث پریدن وی به استخر می شود. در این حالت نیروی اعمال شده از طرف پاهای شناگر به لبه استخر نیروی عمل و نیرویی که از طرف لبه استخر بر پاهای وی وارد شده و باعث پریدن وی به استخر می‌شود، نیروی عکس‌العمل نامیده می‌شود.

منبع:

بیومکانیک فنون ورزشی دکتر رسول حمایت طلب استادیار دانشگاه تهران