در دنیای اطراف ما، نیروها نقش بسیار مهمی بازی می‌کنند. به زبان ساده، نیرو یک فشار یا کشش است که باعث می‌شود یک جسم حرکت کند، بایستد، یا شکلش تغییر کند.
به طور کلی، نیروها را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد:
**۱. نیروهای تماسی:**
این نوع نیرو وقتی به وجود می‌آید که دو جسم مستقیماً با هم در تماس باشند. مثلاً وقتی شما یک توپ را شوت می‌کنید (تماس پا با توپ) یا وقتی یک ماشین را هل می‌دهید.
**۲. نیروهای غیرتماسی (نیروهای از راه دور):**
این نیروها حتی وقتی دو جسم با هم تماس فیزیکی ندارند نیز عمل می‌کنند. معروف‌ترین مثال آن، نیروی جاذبه زمین است که ما را روی زمین نگه می‌دارد. مثال دیگر، نیروی مغناطیسی بین دو آهنربا است.
نیروها باعث اتفاقات مختلفی می‌شوند؛ آن‌ها می‌توانند به یک جسم شتاب بدهند، جسمی را متوقف کنند، یا حتی جهت حرکت آن را عوض کنند. درک این نیروهای ساده، کلید فهمیدن چگونگی کارکرد دنیای اطراف ماست.
نیرو چیست؟
در فیزیک، نیرو یک مقدار برداری است که می‌تواند اجسام را به حرکت درآورد یا سرعت آن‌ها را تغییر دهد. هرچه نیروی بیشتری به یک جسم وارد شود، شتاب آن نیز بیشتر خواهد بود. در واقع شتاب یک جسم، حاصل جمع همهٔ نیروهایی است که از جهات مختلف به آن وارد می‌شوند.
نیرو از تأثیر متقابل بین دو جسم به وجود می‌آید. در ادامه با انواع نیروها آشنا خواهید شد. با ما همراه باشید.
واحد نیرو
نیوتن واحد سنجش نیرو است که بر پایه متر و کیلوگرم تعریف می‌شود. یک نیوتن مقدار نیرویی است که اگر به طور مداوم به یک جسم یک کیلوگرمی وارد شود، باعث می‌شود آن جسم با آهنگ یک متر بر مجذور ثانیه شتاب بگیرد.
به بیان دیگر: یک نیوتن، اندازه نیرویی است که برای ایجاد شتاب یک متر بر مجذور ثانیه در یک جسم یک کیلوگرمی، در همان جهت نیروی وارد شده، لازم است.
فشار چیست؟
فشار در واقع همان نیرویی است که به صورت عمودی بر یک سطح مشخص وارد می‌شود.
برای محاسبه‌ی فشار، مقدار نیرو (F) را بر مساحت سطح (A) تقسیم می‌کنیم.
این کمیت معمولاً با واحدهایی مانند پاسکال یا بار سنجیده می‌شود.
تاریخچه نیرو
از دیرباز، مفهوم نیرو در دو شاخه‌ی تعادل و حرکت بررسی می‌شده است. مطالعات مربوط به تعادل اجسام، به ویژه در آثار ارشمیدس در سده سوم پیش از میلاد، به پیشرفت چشمگیری رسید؛ به گونه‌ای که برخی از دستاوردهای او هنوز هم بخشی از فیزیک امروزی را تشکیل می‌دهند. در مقابل، نظریه‌های ارسطو درباره حرکت، با برداشت‌های نادرستی درباره نیرو همراه بود که سرانجام در سده هفدهم و به ویژه با تلاش‌های ایزاک نیوتن اصلاح شد. امروزه با پیشرفت مکانیک کوانتومی می‌دانیم که ذرات از طریق برهم‌کنش‌های بنیادی بر هم اثر می‌گذارند و بر اساس مدل استاندارد فیزیک ذرات، هر پدیده‌ای که به عنوان نیرو درک می‌شود، در واقع توسط ذراتی به نام بوزون‌های پیمانه‌ای منتقل می‌شود.
تنها چهار نیروی بنیادی در طبیعت شناخته شده‌اند که به ترتیب قدرت عبارتند از: نیروی هسته‌ای قوی، نیروی الکترومغناطیسی، نیروی هسته‌ای ضعیف (که در دهه ۱۹۷۰ با نیروی الکترومغناطیسی در قالب نظریه الکتروضعیف یکپارچه شدند) و نیروی گرانش. در این میان، نیوتن را باید یکی از بزرگ‌ترین محققان در زمینه مطالعه نیروها دانست.
انواع نیرو
انواع نیرو بر اساس نقطه‌ای که بر جسم اثر می‌گذارد:
نیروی متمرکز: نیرویی که فقط روی یک نقطه خاص از جسم اعمال می‌شود.
نیروی گسترده: نیرویی که روی یک سطح پخش شده است و به آن فشار هم گفته می‌شود.
انواع نیرو بر اساس تأثیری که بر حرکت جسم می‌گذارد:
نیروی عمودی: نیرویی که دقیقاً بر راستای سطح وارد می‌شود و به دو شکل کششی و فشاری دیده می‌شود.
نیروی خمشی: نیرویی که باعث خم شدن جسم می‌شود؛ مثل نیرویی که به تیرهای افقی یک ساختمان وارد می‌شود. در مهندسی به این نیرو، لنگر خمشی می‌گویند.
نیروی پیچشی: نیرویی که باعث می‌شود جسم حول محور خود بچرخد؛ مثل نیرویی که هوا به پره‌های هواپیما وارد می‌کند.
نیروی کمانشی: وقتی نیرو در راستای طول به یک جسم بلند وارد شود؛ مثل نیرویی که به ستون‌های ساختمان یا دیرک چراغ برق وارد می‌شود.
اثرات نیرو بر اجسام
یک جسم می‌تواند تحت تأثیر نیرو، به روش‌های مختلفی تغییر کند:
۱. تند یا کند شدن حرکتش
۲. تغییر شکل ظاهرش
۳. از حرکت ایستادن
۴. به حرکت درآمدن از حالت سکون
۵. تغییر مسیر حرکتش
آزمایش ساده برای نیرو
وقتی که پا را از روی پدال گاز برمی‌دارید، ماشین بلافاصله نمی‌ایستد، بلکه همچنان مسافتی را طی می‌کند و به آرامی سرعتش کم می‌شود.
اگر بخواهید که خودرو کاملاً بایستد، باید از ترمز استفاده کنید تا نیرویی در جهت مخالف به آن وارد شود و حرکتش متوقف گردد.