به نام خدا
حرکت نوسانی ، تعادل و انرژی پتانسیل
اگربه یک ساعت آونگی نگاه کرده باشید، می بینید که آونگ ساعت مدام به این سو و آنسو می رود و مسیر یکسانی را طی می کند. این نوع حرکت ، مثالی ازدسته حرکاتی است که به آنها «حرکت نوسانی » گفته می شود.
به حرکات نوسانی ، حرکتهای رفت و برگشتی نیز گفته می شود. به عنوان مثالی دیگر از حرکتهای رفت وبرگشتی می توان به حرکت وزنه ای اشاره کرد که به یک فنر بسته شده است . در کتاب فیزیک پایه حرکت رفت و برگشتی وزنه-فنر موردبررسی قرار گرفته است .اما علت اصلی حرکتهای نوسانی در چیست ؟
به طور کلی می توان گفت که اگر در یک پدیده یا رویداد علمی ، نیروهای واردبر جسم در حال حرکت دارای دوشرط زیر باشند ، حرکت به صورت نوسانی یا همان رفت وبرگشتی خواهد بود :
1- نیرو همواره درخلاف جهت حرکت جسم باشد.
2- نیرو با فاصله از مرکز تعادل جسم رابطه ی مستقیم دارد . منظور از محل تعادل جسم جایی است که در وسط مسیر قرار داشته باشد. به عنوان مثال اگر مسیر زیر نمایش دهنده ی مسیر حرکت یک آونگ باشد ، نقطه ی A نشان دهنده ی محل تعادل یا موضع تعادل آونگ می باشد.
معنای تعادل در فیزیک ، بسیار خاص است ؛ تعادل در فیزیک با مفهوم انرژی پتانسیل ،بسیار نزدیک بوده و این دو با یکدیگر کاملاً آمیخته شده اند. در فیزیک سه نوع تعادل وجود دارند : تعادل پایدار ، تعادل ناپایدار وتعادل خنثی .
هنگامی جسم درحالت تعادل پایدار قرار دارد که انرژی پتانسیل آن به کمترین حد خود برسد؛ به عنوان مثال ، در محل تعادل یک آونگ ، گلوله ی آونگ دارای کمترین مقدار انرژی پتانسیل نسبت به سایر نقاط روی منحنی است . منظور از انرژی پتانسیل در اینجا ، انرژی جسم به خاطر داشتن ارتفاع از سطح زمین است. هر چه ارتفاع جسمی از سطح زمین بیشتر باشد ، انرژی پتانسیل آن نیزبیشتر است . انرژی پتانسیل جسمی به جرم m که در ارتفاع h از سطح زمین قرار دارد ، از رابطه ی زیر به دست می آید :
انرژی پتانسیل = جرم جسم ضرب در ارتفاع از سطح زمین ضربدر عدد 8/9
به عدد8/9« شتاب جاذبه» یا «شتاب گرانش» زمین گفته می شود .
* تحقیق کنید که منظور ازشتاب جاذبه ی زمین چیست ؟
انرژی پتانسیل می تواند دارای هرمقداری باشد؛حتی مقادیر منفی !! آیا می توانید بگویید که در چه هنگامی انرژی پتانسیل یک وزنه می تواند برابر با یک عدد منفی ویاصفرشود ؟
همانطور که گفته شد، یک جسم هنگامی در حال تعادل پایدار قرار دارد که انرژی پتانسیل آن به حداقل خودبرسد. حال اگر جسم از محل تعادل خود کمی جابجا شود ، چون تمایل دارد که به حالت تعادل برگردد ، تلاش می کند تا به همان محل اولیه اش برسد. اما نمی تواند در آنجا متوقف شود واز آنجا عبور می کند. تکرار این پدیده منجر به حرکت نوسانی می شود.
* آیا می توانید باتوجه به اصل بقای انرژی نیز علت حرکت نوسانی را توضیح دهید ؟
در دسته ی دیگری از تعادلهاکه به «تعادلهای ناپایدار » شهرت دارند ، انرژی پتانسیل جسم به حداکثر مقدار خود می رسد . در صورتی که جسمی از محل تعادل ناپایدار خود کمی جابجا شود ، هرگز به محل اولیه اش برنمی گردد .
در تعادل های خنثی نیز انرژی پتانسیل جسم در اثر جابجایی هیچ تغییری نمی کند.
* پرسش : با توجه به شکلهای زیر بگویید که تعادل در هر مورد از چه نوع است ؟
موفق باشید.
نظرات شما عزیزان:
تبادل
لینک هوشمند
