نیروهای متوازن و قانونِ اولِ نیوتون
چتربازی از هواپیما بیرون می‌پرد. اول تندتر و تندتر پایین می‌آید، اما وقتی چترش را باز می‌کند، پس از چند ثانیه با تندیِ ثابت و آرامی پایین می‌آید. زمین هنوز او را با همان وزن می‌کشد. پس چرا دیگر تندتر نمی‌شود؟
نیروی خالص
در سال‌های پیش دیدیم که نیرو هل دادن یا کشیدن است و همیشه میانِ دو جسم پیدا می‌شود؛ چکش به میخ نیرو وارد می‌کند و میخ هم به چکش. معمولاً به یک جسم چند نیرو با هم وارد می‌شود. اگر همه‌ی آن‌ها را با در نظر گرفتنِ جهتشان روی هم بگذاریم، نیروی خالص یا برآیندِ نیروها به دست می‌آید:
- دو نیرو در یک جهت جمع می‌شوند: اگر دو نفر یک گاری را هر کدام با ۸۰ نیوتون به جلو هل دهند، نیروی خالص ۱۶۰ نیوتون به جلوست.
- دو نیرو در خلافِ جهتِ هم از هم کم می‌شوند: اگر یکی ۱۳۰ نیوتون به راست و دیگری ۹۰ نیوتون به چپ هل دهد، نیروی خالص ۴۰ نیوتون به راست است.
- اگر نیروهای مخالف هم‌اندازه باشند، همدیگر را خنثی می‌کنند و نیروی خالص صفر است. می‌گوییم نیروها متوازن‌اند.
قانونِ اولِ نیوتون
آزمایش‌ها نشان می‌دهند تا وقتی نیروهای واردشده به جسم متوازن‌اند:
- جسمِ ساکن ساکن می‌ماند؛
- جسمِ در حالِ حرکت با همان سرعت، یعنی با تندیِ ثابت و روی خطِ راست، به راهش ادامه می‌دهد.
ایزاک نیوتون، دانشمندِ انگلیسی، این را حدودِ ۳۴۰ سال پیش این‌طور گفت: «هر جسم حالتِ سکون یا حرکتِ یکنواخت روی خطِ راستِ خود را حفظ می‌کند، مگر آن‌که نیرویی آن را به تغییرِ این حالت وادار کند.» به این قانونِ اولِ نیوتون می‌گوییم. به این ویژگیِ اجسام، که حالتِ حرکتِ خود را نگه می‌دارند، لَختی هم می‌گویند.
حالا چترباز را دوباره ببینید. وقتی چتر باز است، هوا با نیرویی رو به بالا به او وارد می‌شود که با تندتر شدنش بیشتر می‌شود، تا جایی که با وزنش برابر شود. از آن به بعد نیروها متوازن‌اند و، طبقِ قانونِ اول، او با سرعتِ ثابت پایین می‌آید.
نمونه‌های دیگر: قایقی که روی آب آرام گرفته، چون آب با نیرویی هم‌اندازه‌ی وزنش آن را بالا نگه می‌دارد؛ جعبه‌ای که هلش می‌دهید و تکان نمی‌خورد، چون زمین با نیروی اصطکاک درست به اندازه‌ی شما آن را به عقب هل می‌دهد؛ و هواپیمایی که در ارتفاعِ ثابت و با تندیِ ثابت پرواز می‌کند.
چرا در اتوبوس به جلو پرت می‌شویم؟
وقتی اتوبوس ناگهان ترمز می‌کند، نیرویی بدنِ شما را به جلو هل نمی‌دهد. اتوبوس کند می‌شود، اما بدنِ شما، طبقِ قانونِ اول، می‌خواهد با همان سرعتِ قبلی به راهش ادامه دهد. برای همین کمربندِ ایمنی لازم است: نیرویی است که بدنِ شما را هم‌پای خودرو کند می‌کند.
در خانه امتحان کنید
یک کارتِ مقوایی روی دهانه‌ی لیوانی بگذارید و یک سکه روی کارت. کارت را با یک ضربه‌ی تند و افقی از زیرِ سکه بیرون بزنید. سکه کجا می‌افتد؟ قانونِ اول چطور آن را توضیح می‌دهد؟
واژه‌های این درس
- نیروی خالص (برآیند) - نتیجه‌ی همه‌ی نیروهای واردشده به جسم، با در نظر گرفتنِ جهتشان.
- نیروهای متوازن - نیروهایی که همدیگر را خنثی می‌کنند؛ نیروی خالص صفر است.
- قانونِ اولِ نیوتون - بدونِ نیروی خالص، جسم ساکن می‌ماند یا با سرعتِ ثابت روی خطِ راست می‌رود.
ایده‌ی اصلی
وقتی نیروهای واردشده به جسم متوازن‌اند، نیروی خالص صفر است و سرعتِ جسم تغییر نمی‌کند: ساکن ساکن می‌ماند و جسمِ در حال حرکت با سرعتِ ثابت روی خطِ راست می‌رود.