فتو علوم

علمی و آموزشی

فتو علوم

علمی و آموزشی

مروری بر سقوط آزاد اجسام

هنگامیکه جسمی از ارتفاعی رها شود شتاب  می‌گیرد
 و سرعتش از مقدار صفر افزایش مییابد. 
جالب توجه است که در خلا ، تمامی اجسام از قبیل 
سنگ ، پر ،قطرات باران و ذرات گرد و غبار 
بطور یکنواخت شتاب میگیرند
 و باهم به زمین میرسند.
 این قاعده صرفا به دلیل
 مقاومت هوا در مقابل سقوط اجسام ،
که اثر آن بر پر مؤثرتر از اثر آن بر سنگ است،
 در زندگی روزمره که در محیط خلأ صورت نمیگیرد، صادق نیست. 
برای اینکه سنگی آزادانه سقوط کند، لازم نیست که
 شما آنرا در امتداد قائم رها کنید.
 میتوانید سنگ را به طرف بالا ، پایین یا به اطراف پرتاب کنید.
 به محض اینکه سنگ در هر جهتی اختیاری از دست شما رها شود،
 سقوط آزاد خواهد کرد.
مثلا  اگر سنگی را در امتداد قائم به طرف بالا
 با سرعت 25m/s پرتاب کنید ،
 چون شتاب به سمت پایین و در خلاف جهت سرعت است،
 سنگ بایستی در نقطه اوج حرکتش متوقف شده و برگردد. 
چون در حالت پایین آمدن شتاب در جهت حرکت است،
سنگ سرعت میگیرد.
 و همچنین اگر جسم در حال سکون ، 
خیلی سبک و یا سطح آن تخت باشد 
و یا اینکه از فاصله خیلی دور سقوط کرده باشد،
 مقاومت هوا قابل توجه میشود 
و شتاب جاذبه زمین در چنین حالتی متغیر میباشد. 
 بنا براین سقوط آزاد به حرکت اجسامی گفته میشود که
 فقط در اثر نیروی گرانش حرکت میکنند.
 به منظور بررسی حرکت سقوط آزاد باید سعی کنیم
 غیر از نیروی گرانش زمین 
تمام نیروهای موثر بر جسم در حال سقوط را حذف کنیم.
در ضمن آزمایشهای متفاوت زیادی انجام شده که  
به راحتی میتوان به کمک آنها 
 اثر متفاوت هوا را در سقوط اجسام را مشاهده کرد.
بعنوان مثال  تکه کاغذی را همزمان با یک گلوله رها کنید، 
میبینید که گلوله زودتر از کاغذ به زمین میرسد. 
علت دیرتر رسیدن کاغذ به سطح زمین 
اثر مقاومت هوا بر روی کاغذ است. 
و اما اگر کاغذ را مچاله کنیم  و رها کنیم 
در مدت کمتری به زمین خواهد رسید.
در اینجا اثر مقاومت هوا بر کاغذ کمتر شده است.

ارسطو ادعا میکرد که 

اجسام سنگین به تناسب سنگینی که دارند سریعترسقوط میکنند،

 گالیله اولین دانشمندی بود که ادعا میکرد که

 اجسام بدون توجه به جرمشان با هم سقوط میکنند.

گالیله برای اثبات نظرش آزمایشهایی را انجام داد،

 او اشیاء متفاوتی را از برج کج و معروف پیزا رها کرد

 و مدت سقوط آنها را اندازه گرفت.

همچنین گالیله نشان داد که

 سقوط آزاد، حرکتی با شتاب ثابت است،

گالیله  گفت برای اثبات این ادعا کافی است نشان دهیم که

 فاصله های طی شده با مجذور مدت سقوط متناسب است.

تصویر


نتایج حاصل از آزمایشها ی مختلف ثابت کرد که :

 سقوط آزاد یک حرکت با شتاب ثابت است.

 سقوط آزاد تمام اجسام با شتاب ثابتی انجام میشود.

 شتاب سقوط آزاد در نقاط مختلف کره زمین کمی متفاوت است.

 امروزه میدانیم که شتاب سقوط آزاد

 در نقاط مختلف از 787 / 9  تا 808 / 9 در تغییر است.

متداولترین حرکت با شتاب ثابت 

حرکت جسمی است که آزادانه سقوط میکند.

اگر مکان یک گلوله در حال سقوط را در لحظه های متفاوت

 پس از طی مدت های یکسال ثبت کنیم، 

متوجه می شویم که، گلوله در مدت های یکسان 

فاصله های متفاوتی را طی کرده است،

یعنی اینکه سرعت گلوله در مدت سقوط مرتباً افزایش مییابد.

 بدیهی است که در لحظه سقوط سرعت گلوله صفر است.

سرعت گلوله را میتوان به صورت تابعی از زمان اندازه گیری کرد.

 با اندازه گیری سرعت گلوله در زمانهای متفاوت مشخص میشود

 که سرعت گلوله در هر ثانیه به اندازه

 8 / 9 متر بر ثانیه افزایش پیدا میکند. 

به عبارت دیگر به این نتیجه می رسیم که

 در سقوط آزاد شتاب ثابت حرکت  8 / 9 متر بر مجذور ثانیه است.

شتابی که از آن سخن می گوییم

 شتاب سقوط اجسامی است که

 جز نیروی گرانش نیروی دیگری بر آنها وارد نمیشود.

پس میتوان نتیجه گرفت که 
شتاب سقوط آزاد 
به محل آزمایش، در حقیقت به عرض جغرافیایی محل وابسته است .

چرا شب ها آسمان سیاه است؟


 


شاید از خود پرسیده اید ویا  به این که

 چرا شبها آسمان سیاه و تاریک است فکر کرده اید 

اما پاسخ کمی پیچیده‌تر از آنی است که به نظر میرسد 

و پس از طرح آن تلاش‌های بسیاری برای پاسخ به این مسئله انجام گرفت.

 مسئله‌ای که بعدها به پارادوکس اولبرز معروف شد.

 یکی از پاسخ‌های ارائه‌ شده وجود غبار کیهانی

 بین ستارگان و همچنین کهکشانها را در نظر میگرفت.

 غباری که مانع رسیدن نور ستاره‌ها به ما شده

و در نتیجه آسمان شب را در تاریکی فرو میرود.

 اما در واقعیت نوری که به ذرات غبار برخورد میکند،

 آنها را گرم کرده و در نهایت این ذرات 

همچون منبع نور پشت سرشان میدرخشند.

اثر پدیده‌ی داپلر

اما در حقیقت هیچ کدام از موارد ذکر شده، دلیل این موضوع نیست.

 دلیل کم فروغ شدن نور ستاره‌های واقع در نقاط دوردست،

انبساط جهان هستی  است.

ادوین هابل  در سال ۱۹۲۹ به این موضوع پی برد که

 کهکشانها و ستاره‌های واقع در نقاط دوردست

 در حال فاصله گرفتن از ما هستند.

 او همچنین متوجه این نکته نیز شد که دورترین کهکشانها

 با بیشترین سرعت در حال فاصله گرفتن از ما هستند.

یافته‌های او منطقی به نظر میرسند؛ در طول عمر جهان هستی، 

کهکشان‌های سریع‌تر، در حال حرکت به سمت نقاط دورتری هستند 

و این موضوع بر نحوه‌ی دید ما از آنها تاثیر خواهد گذاشت.

 در اثرپدیده داپلر ، طول موج نور کهکشانها و ستاره‌هایی که 

در فواصل دورتر و با سرعت بیشتری در حال هستند، بیشتر میشود.

 بنابراین به دلیل وقوع این پدیده، نور مرئی این ستاره‌ها 

به موج‌های رادیویی و مادون قرمزی که توسط انسان قابل رویت نیست، 

بدل شده و در واقع ناپدید میشود. 

در حقیقت تاریک بودن آسمان شب گواهی بر انبساط جهان هستی است.

حقیقت این است که ستاره‌ها و کهکشانها هیچ‌کدام عمر بی‌نهایت ندارند. 

ما این واقعه یعنی مرگ کهکشانهای نزدیک‌تر را زودتر می‌بینیم،

 چرا که آخرین نورهای تولیدشده توسط آن‌ها زودتر به ما میرسند.

نتیجه این موارد این است که در هیچ زمانی تمامی 

شرایط برای داشتن آسمانی روشن مهیا نمیشود. 

ما هیچ‌وقت نور ستارگان یا کهکشانها را به

 یکباره از تمامی جهات دریافت نمیکنیم،

 به علاوه نور کهکشانهای بسیار دور هنوز به ما نرسیده است،

 و اگر بخواهد نورشان به زمین برسد،

 آن قدر زمان لازم دارد که در

 این فاصله اجرام نزدیک‌تر از بین رفته و تاریک میشوند.

بنابراین بیشتر کهکشانها برای چشم انسان
 و حتی تلسکوپ های مدرن به خاطر عواملی از جمله 
انتقال سرخ نور، ماهیت دینامیکی جهان و جذب نور توسط گاز 
و غبار میان کهکشانی قابل مشاهده نیستند 
و باعث شده آسمان شب تا حد زیادی تیره بماند.
در نتیجه محققان به این نتیجه رسیدند که 
چنان تعداد فراوانی از کهکشان در جهان وجود دارد که در اصل،
 هر گوشه ای از جهان حاوی بخشی از یک کهکشان است.
اما بیشتر این کهکشانها برای چشم انسان 
و حتی تلسکوپ های مدرن به خاطر عواملی از جمله
 انتقال سرخ نور، ماهیت دینامیکی جهان و جذب نور توسط گاز 
و غبار میان کهکشانی قابل مشاهده نیستند 
و باعث شده آسمان شب تا حد زیادی تیره بماند.