سقوط آزاد (جدید)*

چرا در سقوط آزاد احساس بی وزنی می کنیم؟

پرسش بالا عنوان مقاله ای است از آقای دکتر پیروز مهذبی استاد فیزیک دانشگاه ویسکانزین که در شماره ی اخیر April 2006 مجله ی فیزیکس تیچر به چاپ رسیده است. در کتاب های درسی فیزیک احساس بی وزنی را - در حین سقوط آزاد - با استفاده از عدم اعمال نیروی تکیه گاه بر شخص توجیه می کنند ؛ به طوری که گفته می شود در فاصله ای که شخص با زمین یا تکیه گاه دیگری تماس ندارد و تنها نیروی وزن بر او وارد می شود ، شخص احساس بی وزنی می کند.حال آنکه آقای دکتر مهذبی در مقاله ی خود سعی کرده اند از یک مدل بسیار ساده برای تبیین و توضیح این موضوع استفاده کنند. به این منظور ، مجموعه ای یک بعدی شامل N قالب که توسط فنرهایی مشابه و بدون جرم به هم وصل شده اند مطابق شکل زیر در نظر بکیرید.جرم هر قالب برابر  m است و مجموعه روی سطحی بدون اصطکاک و در حال سکون قرار دارد.

برای آنکه مجموعه شتابی برابر a و به طرف راست بگیرد دو راه وجود دارد. روش اول برای انجام موفقیت آمیز این کار اعمال نیروی افقی f است که به هر قالب مطابق شکل زیر  در جهت راست وارد شده است.

روش دوم برای شتاب گرفتن مجموعه اعمال نیروی F=Nf به سمت چپ و یا راست مجموعه مطابق شکل زیر است.

هر چند شتاب هر قالب و در نتیجه مجموعه ی قالب ها در هر دو روش برابر a است ولی یک تفاوت اصلی بین این دو روش وجود دارد. در روش اول هیچ یک از قالب های مجاور به یکدیگر نیرویی وارد نمی کنند  در حالی که در روش دوم هر قالب به قالب های مجاور خود نیرو وارد می کند و در نتیجه فنر هایی که قالب ها را به یکدیگر وصل کرده اند با توجه به چگونگی اعمال نیروی F به مجموعه ی قالب ها در حالت الف یا ب شکل بالا به ترتیب فشرده و یا کشیده می شوند.

آقای دکتر مهذبی در ادامه ی مقاله ی خود با توجه به آنچه بیان شد نتیجه می گیرد که اجزای سازنده ی بدن در حین سقوط آزاد مطابق آنچه در خصوص شکل دوم بیان شد به یکدیگر نیرویی وارد نمی کنند و همین موضوع سبب می شود که شخص در حین سقوط آزاد احساس بی وزنی کند. همچنین حالتی را نظر بگیرید که شخصی درون آسانسوری ایستاده است و آسانسور به طرف بالا و یا طرف پایین به طور شتابدار در حرکت است. در این صورت شخص به ترتیب احساس وزن بیشتر و یا وزن کمتری می کند . این وضعیت را می توان به کمک دو حالت نشان داده شده در شکل سوم توجیه کرد.

ادامه دارد ... برای خواندن بقیه آن به وبلاگ سر بزنید