با کشیدن نخ پایینی، نخ از کجا پاره می شود؟ این پرسشی است که در کتاب فیزیک ۳ رشته ریاضی و فیزیک ( صفحه ۳۲) و علوم تجربی ( صفحه ۳۰) طرح شده است. هدف کتاب از طرح این پرسش ارائه مثالی از لختی است. اما می توان علاوه بر این پاسخ، دلیل دیگری نیز برای پاره شدن نخ ها آورد. اگر نخ را به آرامی بکشیم، نخ از قسمت بالایی گوی پاره می شود و اگر نخ را به طور ناگهانی و سریع بکشیم نخ از قسمت پایینی گوی پاره می شود. در ادامه می خواهیم علت این موضوع را بررسی کنیم.
لختی (اینرسی)
تمایل اجسام به حفظ وضعیت حرکت خود را هنگامی که نیروی خالص وارد بر آن ها صفر است، لختی گویند. این تعریفی است که در کتاب درسی فیزیک ۳ برای لختی اجسام که از قانون اول نیوتون برداشت می شود، تعریف شده است. و می خواهد بگوید که اگر جسمی ساکن باشد، تمایل دارد حالت سکون خود را حفظ کند مانند افتادن سکه در لیوان به دلیل کشیدن سریع مقوا از روی آن. و اگر جسم حرکتی یکنواخت (با سرعت ثابت) داشته باشد نیز، تمایل دارد این حرکت خود را حفظ کند مانند پرتاب شدن رو به جلو در حین ترمز ناگهانی اتوبوس.
نخ از کجا پاره می شود؟
در شکل زیر اگر نخ را به آرامی یا خیلی سریع بکشیم، نخ از کجا پاره می شود؟
آزمایش نشان می دهد، که اگر نخ را به آرامی بکشیم، نخ از قسمت بالایی گوی پاره می شود و اگر نخ را به طور ناگهانی و سریع بکشیم نخ از قسمت پایینی گوی پاره می شود. برای یافتن پاسخ این سوال با استفاده از لختی می توان اینگونه گفت.
نیروی کشش نخ بالایی، برابر جمع نیروی وزن گوی و نیروی کشش نخ پایینی است اما نیروی کشش نخ پایینی فقط ناشی از نیرویی است که دست شخص به نخ وارد می کند. پس در حالت عادی نیروی کشش نخ بالایی بیشتر از نیروی کشش نخ پایینی است و احتمال پاره شدن نخ بالایی باید بیشتر باشد. اما اگر ناگهان نخ را با نیروی زیادی بکشیم، قبل از آنکه تاثیر نیروی دست به علت وجود گوی، به نخ بالایی برسد، قسمت پایین نخ این کشش را پیدا می کند و اگر این نیرو بیشتر از حدی باشد که نخ می تواند تحمل کند، نخ از پایین گوی پاره می شود.
پاره شدن نخ به علت شتاب گوی
اما ما می دانیم که اگر قرار باشد نخی پاره شود، باید مقداری به طول آن افزوده شود و این یعنی گوی حرکت می کند. پس گوی به سمت پایین شتاب می گیرد. در نتیجه علت پاره شدن نخ را نمی توان لختی گوی (تمایل به حفظ حالت سکون گوی) دانست. بیاید قانون دوم نیوتون را برای گوی بنویسیم.
چون نخ ها سبک هستند، نیروی کشش در همه جای آن ها یکسان است.
اگر نخ پایینی را خیلی سریع بکشیم طوری که شتاب حرکت آن بیشتر از شتاب گرانشی زمین (a>g) باشد، طرف دوم رابطه بالا مثبت می شود و این یعنی نیروی کشش نخ پایینی (T1) بیشتر از نیروی کشش نخ بالایی (T2) است. یعنی نخ پایینی سریع تر به مقدار نیروی قابل تحمل نخ می رسد و نخ از پایین گوی پاره می شود.
اگر نخ پایینی را آرام بکشیم طوری که شتاب آن کمتر از شتاب گرانشی (a<g) باشد، طرف دوم رابطه بالا منفی می شود و این یعنی نیروی کشش نخ بالایی (T2) بیشتر از نیروی کشش نخ پایینی (T1) است. یعنی نخ بالایی زودتر به نیروی قابل تحمل نخ می رسد و نخ از بالای گوی پاره می شود.
حالتی که شتاب حرکت برابر شتاب گرانشی باشد، احتمال وقوع تقریبا نزدیک به صفر دارد و اینکه بگوییم دو نخ همزمان پاره می شوند اصلا معنایی ندارد و اتفاق نمی افتد.
ویدیو آموزشی
در این ویدیوی اموزشی مطالب بالا به صورت کامل توسط استاد مصطفی کبیری توضیح داده می شود. و به اینکه نخ از بالا یا پایین گوی پاره می شود و علت آن نیز از دو دیدگاه لختی و شتاب گوی بررسی می شود.
مشاهده در یوتیوب | مشاهده در آپارات
دانلود جزوه نخ از کجا پاره می شود؟
