گام به گام علوم نهم درس پنجم

 آزمایش کنید صفحه 55 

هدف: بررسی رابطه بین شتاب و نیرو

وسایل و مواد لازم: میز، چهار چرخه، قرقره، نخ، وزنه های مختلف، سنگ ریزه، قلاب

روش اجرا:

1) مطابق شکل وزنه کوچک را با نخ به جسم واقع بر روی میز وصل کنید تا جسم شروع به حرکت کند و شتاب

بگیرد.

2) جرم وزنه آویزان را 2 برابر کنید و دوباره به زمان حرکت جسم توجه کنید.

با انجام این کار، زمان حرکت جسم کمتر می شود.

3) این کار را با 3 یا 4 برابر کردن جرم وزنه ادامه دهید. در کدام حالت جسم سریع‌تر طول میز را طی می‌کند؟

شتاب جسم در کدام حالت بیشتر است؟

هر چه جرم وزنه افزایش می یابد، جسم طول میز را سریع‌تر عبور می‌کند. بنابراین هر چه نیرو بیشتر می شود،

حرکت چهارچرخه بیشتر می‌شود.

از این آزمایش چه نتیجه ای می گیرید؟

نتیجه می گیریم که با افزایش نیروی خالص وارد بر جسم، شتاب آن افزایش می یابد. شتاب یک جسم با

نیرویی که به آن وارد می شود رابطه مستقیم دارد.

4) این بار وزنهٔ آویزان را تغییر ندهید؛ یعنی نیروی وارد بر جسم را عوض نکنید، بلکه جرم جسم روی میز را تغییر

دهید و به تدریج جرم آن را با قرار دادن مقداری شن یا سنگ یا… در درون آن افزایش دهید و هر بار به شتاب

حرکت جسم توجه کنید. با افزایش جرم جسم، چه تغییری در شتاب حرکت جسم دیده می‌شود؟

با افزایش جرم چهارچرخه، شتاب جسم کاهش می یابد.

از این آزمایش چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟

نتیجه می گیریم که با افزایش جرم یک جسم، شتاب آن کاهش می یابد. شتاب یک جسم با جرم آن رابطه

معکوس دارد.

 گفت و گو کنید صفحه 56 

خودروهای مسابقه به گونه‌ای طراحی می‌شوند که دارای موتورهای قوی باشند تا بتوانند نیروی زیادی را بین

جاده و خودرو ایجاد کنند. همچنین آنها تا آنجا که ممکن است سبک طراحی می‌شوند. این نوع طراحی؛ یعنی

نیروی زیاد موتور و جرم کم اتومبیل، روی شتاب آنها چه تأثیری می‌گذارد؟

در هر دو حالت شتاب خودرو افزایش می یابد. زیرا در حالت اول (نیروی زیاد) چون هرچه نیرو بیشتر شود شتاب

هم بیشتر می شود. در حالت دوم (جرم کم) چون شتاب با جرم رابطه عکس دارد بنابراین سبب افزایش شتاب

می شود.

 گفت و گو کنید صفحه 58 

جرم دانش آموزی 50 کیلوگرم است. وزن این دانش آموز در سطح زمین چقدر است؟
 

وزن = جرم × شتاب گرانش زمین (10)

w = mg ⇒ 50 × 10 = 500N

جواب گفت و گو کنید صفحه 59 فصل پنجم علوم نهم

فرض کنید مطابق شکل پسر و اسب، روی اسکیت‌ها ساکن‌اند. پسر، اسب را هل می‌دهد و هر دوی آنها

شتاب پیدا می‌کنند و به حرکت در می‌آیند اما شتاب آنها در خلاف جهت یکدیگر است. کدام یک از آنها دارای

شتاب بیشتری می‌شود؟ توضیح دهید.

پاسخ: وقتی پسر اسب را هل می دهد، نیرویی (نیروی کنش) به اسب وارد می کند. طبق قانون سوم نیوتن،

اسب هم همان مقدار نیرو (نیروی واکنش) را بر پسر بچه اعمال می کند.

چون نیروهای عمل و عکس العمل (کنش و واکنش) برابرند ولی جرم پسر خیلی کمتر از جرم اسب است،

بنابراین پسر شتاب بیشتری می گیرد.

 خود را بیازمایید صفحه 60 

اگر در شکل 13 جرم جسم 10kg باشد، وزن جسم و مقدار نیروی عمودی سطح چند نیوتون است؟

W = mg ⇒ W = 10×10 = 100N نیروی وزن

مقدار نیروی عمودی سطح نیز برابر وزن جسم یعنی ۱۰۰ نیوتن خواهد بود.

N = W = mg = 10×10 = 100N

 فعالیت صفحه 62 

آزمایشی طراحی کنید که با آن بتوانید:

الف) نیروی اصطکاک وارد بر جسمی مانند یک قطعه چوب مکعبی در حال لغزش روی سطح را اندازه بگیرید.

وسایل مورد نیاز: میز، مکعب چوبی (دو عدد)، وزنه های کوچک، کفه، ترازو

شرح آزمایش: سطح میز و سطح مکعب چوبی را تمیز کنید، دستگاه را مطابق شکل سوار کنید و مکعب را از

سطح بزرگترش روی میز قرار دهید. به آرامی و کم کم در داخل کفه، وزنه هایی قرار دهید. به گونه ای که اگر

ضربه کوچکی به مکعب وارد کردید، مکعب به طور یکنواخت (به آرامی و با سرعت ثابت) روی میز حرکت کند.

ب) نشان دهید که نیروی اصطکاک جنبشی به طور محسوسی به مساحت سطح تماس دو جسم بستگی

ندارد.

با ترازو، جرم کفه و وزنه های داخلش را اندازه گیری، و توسط رابطه W = mg ، وزن آنها را حساب کنیدو چون

نیروی وزن وزنه ها و کفه، مکعب را به طور یکنواخت می کشد، در این حالت نیروی اصطکاک وارد بر مکعب که در

خلاف جهت حرکت است با W هم اندازه است. (نیروهای وارد بر دستگاه متوازن اند).

W = mg = نیروی اصطکاک جنبشی

اکنون مکعب را روی سطوح مختلف دیگرش قرار دهید و آزمایش را تکرار کنید (آزمایش ها به طور معناداری نشان

می دهند که نیروی اصطکاک جنبشی به سطح تماس بستگی ندارد؛ یعنی با همان نیروی W = mg به طور

یکنواخت حرکت می کند).

 جمع آوری اطلاعات صفحه 62 

با مراجعه به منابع معتبر، تحقیق کنید:

الف) در چه مواردی باید نیروی اصطکاک را کم کرد و این عمل چگونه انجام می شود؟

در مواردی اصطکاک به شکل ناخواسته و غیر مطلوب سبب کُند شدن حرکت می شود؛ مانند لولاهای در و

پنجره، بین چرخ دنده ها و زنجیر، بین پیستون و سیلندر در اتومبیل و …

برای کاهش اصطکاک معمولا از روغن های مخصوص و گریس استفاده می کنند که موجب کاهش میزان

اصطکاک بین سطح چیزهایی می شود که با یکدیگر در تماس اند. بعضی از ماشین آلات دارای مجموعه ای از

غلتک یا توپی های فلزی اند که اصطلاحا بلبرینگ نامیده می شوند. استفاده از بلبرینگ در کاهش اصطکاک بین

بخش های متحرک درون ماشین آلات، بسیار موثر است.

کشیدن و حرکت دادن یک جعبه سنگین روی زمین بسیار دشوار است، اما اگر همین جعبه رو چرخ دستی

بگذاریم، حرکت دادن آن بسیار آن است؛ یعنی استفاده از چرخ سبب کاهش اصطکاک می شود.

ب) در چه مواردی باید نیروی اصطکاک را افزایش داد و این عمل چگونه انجام می شود؟

در بسیاری از موارد، افزایش نیروی اصطکاک مهم است؛ مثلا جنس کفی کفش ها باید به گونه ای باشد که

اصطکاک آن با زمین مناسب باشد. در پله ها، نوارهایی قرار می دهند که اصطکاک کفش با آنها افزایش یابد و

جلوی لیز خوردن را بگیرد.

لاستیک خودروها به گونه ای طراحی می شود که اصطکاک بین آنها و جاده هنگام ترمز به اندازه کافی زیاد

باشد و … .