گشتاورِ نیرو: نیرویی که می‌چرخاند
یک درِ سنگین را امتحان کنید: یک بار دستگیره‌اش را هل بدهید و یک بار جایی نزدیکِ لولا را، با همان زور. در حالتِ دوم در به‌سختی تکان می‌خورد. نیرو همان است؛ پس چه چیزی فرق کرده؟
اثرِ چرخاننده
تا حالا دیدیم که نیرو می‌تواند چیزی را به حرکت درآورد، بایستاند یا شکلش را عوض کند. نیرو یک کارِ دیگر هم می‌کند: چیزها را دورِ یک محور می‌چرخاند. در دورِ لولایش می‌چرخد، فرمانِ دوچرخه دورِ میله‌اش و مهره دورِ پیچ. به این اثرِ چرخاننده‌ی نیرو گشتاورِ نیرو می‌گوییم. نقطه یا خطی که چیز دورِ آن می‌چرخد، محورِ چرخش است.
دو چیز گشتاور را بزرگ می‌کند
گشتاورِ یک نیرو به دو چیز بستگی دارد: اندازه‌ی نیرو و فاصله‌ی محلِ اثرِ نیرو تا محورِ چرخش. هرچه نیرو بزرگ‌تر و هرچه دورتر از محور باشد، اثرِ چرخاننده‌اش بیشتر است:
گشتاورِ نیرو = اندازه‌ی نیرو × فاصله تا محورِ چرخش
نیرو را با نیوتون و فاصله را با متر می‌سنجیم، پس یکای گشتاور نیوتون‌متر است.
مثال رضا با آچاری به طولِ ۰٫۲۵ متر، نیرویی برابرِ ۴۰ نیوتون به سرِ دسته‌اش وارد می‌کند. گشتاور ۴۰ × ۰٫۲۵ = ۱۰ نیوتون‌متر است. اگر همان آچار را نزدیکِ مهره، در فاصله‌ی ۰٫۱ متری بگیرد، برای همان ۱۰ نیوتون‌متر باید ۱۰۰ نیوتون نیرو بدهد.
برای همین است که مهره‌ی سفت را با آچارِ بلندتر راحت‌تر باز می‌کنیم، و دستگیره‌ی در را دورترین جای ممکن از لولا می‌گذارند.
ساعتگرد یا پادساعتگرد
گشتاور جهت هم دارد. اگر چیزی را در جهتِ حرکتِ عقربه‌های ساعت بچرخاند، می‌گوییم گشتاورش ساعتگرد است و اگر برعکس، پادساعتگرد. وقتی دو گشتاورِ هم‌اندازه، یکی ساعتگرد و یکی پادساعتگرد، به یک چیز وارد شوند، اثرِ هم را خنثی می‌کنند و آن چیز نمی‌چرخد. درسِ بعد از همین نکته استفاده می‌کند.
در خانه امتحان کنید
- یک خط‌کش را از یک سرش بگیرید و افقی نگه دارید.
- یک پاک‌کن روی خط‌کش، نزدیکِ دستتان بگذارید؛ بعد آن را آرام به سرِ دیگرِ خط‌کش ببرید.
- چه حس می‌کنید؟ مچِ شما وقتی پاک‌کن دورتر است، باید گشتاورِ بزرگ‌تری را خنثی کند.
واژه‌های این درس
- گشتاورِ نیرو - اثرِ چرخاننده‌ی یک نیرو؛ نیرو ضرب در فاصله تا محور.
- محورِ چرخش - نقطه یا خطی که جسم دورِ آن می‌چرخد.
- نیوتون‌متر - یکای گشتاور.
- ساعتگرد و پادساعتگرد - هم‌جهت با عقربه‌های ساعت و خلافِ آن.
ایده‌ی اصلی
گشتاور اثرِ چرخاننده‌ی نیروست و برابر است با نیرو ضرب در فاصله‌ی محلِ اثرش تا محورِ چرخش. نیروی کوچک، اگر دور از محور وارد شود، می‌تواند گشتاوری بزرگ بسازد.