آشنائی با واحدهای اندازگیری در تولید میوه خشک بخش هشتم (نیرو)

تا به حال از هفت واحد اصلی سیستم ‌SI، پنج واحد اصلی: طول – جرم – زمان – دما و مقدار ماده را معرفی کردیم.

اکنون می‌خواهیم یکی از مهمترین واحدها را در علم و صنعت (از جمله صنعت میوه خشک) که یک واحد فرعی اما مهم محسوب می‌شود را به شما معرفی کنیم و آن نیرو می‌باشد.

---

با گوش کردن فایل صوتی زیر به تنهائی و
یا همراه مطالعه این مقاله بهره‌‌وری بیشتری از این مطالب ببرید.

---

نیرو چیست؟

به اثری خارجی که حالت سکون یا حرکت یک جسم را تغییر می‌دهد یا تمایل به تغییر آن را ایجاد می‌کند نیرو گویند.
این اثر باعث شتاب گرفتن جسم یا تغییر شکل آن می‌شود.

نکته: نیرو یک کمیت برداری است، یعنی هم مقدار و هم جهت دارد و در فیزیک با واحد «نیوتن» اندازه‌گیری می‌شود.

تعریف واحد نیرو

واحد نیرو نیوتن نام دارد و با نماد N نمایش داده می‌شود.

یک نیوتن برابر با نیرویی است که (بر روی کره‌ی زمین و در کنار ساحل دریاهای آزاد) باید بر خلاف راستای عمود به زمین به یک سیب ۱۰۲ گرمی وارد شود تا در جای خود ثابت بماند.

واحد نیرو

«واحد نیرو در سیستم بین‌المللی، نیوتن (N) نام دارد که به افتخار دانشمند بزرگ، آیزاک نیوتن انتخاب شده است. در روابط فیزیکی، نیرو معمولاً با حرف F نمایش داده می‌شود.»

در مورد کارهای بزرگ ایزاک نیوتن در علم و در تحولات اجتماعی زمان خود بیشتر بدانیم.

یا به عبارت دیگر:
یک نیوتن مقدار نیروئی است که اگر به یک جرم یک کیلوگرمی (در راستائی که امکان حرکت در جهت آن نیرو را دارد، در شرایطی که تحت تاثیر هیچ نیروی دیگری مانند اصطکاک نباشد) به مدت یک ثانیه اعمال کنیم سرعت آن از حالت سکون به سرعت 1m/s (یک متر در ثانیه) می‌رسد و یا اگر در حال حرکت باشد سرعت آن 1m/s افزایش می‌یابد.

ما اینجا دو تعریف برای واحد نیوتن ارائه دادیم:
۱- وزن یک سیب ۱۰۲ گرمی معادل یک نیوتن است.
۲- اعمال نیرویی معادل یک نیوتن به جسمی با جرم یک کیلوگرم، در عرض یک ثانیه سرعت آن جسم را یک متر بر ثانیه افزایش می‌دهد.

کدام تعریف علمی‌تر و تعریف استاندارد واحد نیوتن است؟ (بیشتر بدانیم…).

هر دو تعریف به درک مفهوم نیوتن کمک می‌کنند، اما تعریف دوم کاملاً علمی‌تر و تعریف استاندارد واحد نیوتن است.

بیایید دلایل آن را بررسی کنیم:

تعریف استاندارد واحد نیوتن

تعریف شماره ۲ (تعریف استاندارد و علمی)

اعمال نیرویی معادل یک نیوتن به جسمی با جرم یک کیلوگرم، در عرض یک ثانیه سرعت آن جسم را یک متر بر ثانیه افزایش می‌دهد.

این تعریف، تعریف اصلی و بنیادی نیوتن در سیستم بین‌المللی یکاها (SI) است.

• این تعریف مبتنی بر قانون دوم نیوتن است: چرا که مستقیماً از فرمول مشهور قانون دوم نیوتن (F=ma) گرفته شده است. در این فرمول، نیرو (F) برابر است با حاصل‌ضرب جرم (m) در شتاب (a).
• مهمترین وجه این تعریف این است که بر اساس واحدهای اصلی و ثابت بنا شده است:
  
  یک نیوتن در تعریف استاندارد بر اساس سه واحد بنیادی، ثابت و اصلی در فیزیک تعریف می‌شود:
  • کیلوگرم (kg): واحد جرم
  • متر (m): واحد طول
  • ثانیه (s): واحد
    

و نهایتا این تعریف جهان‌شمول است: این تعریف در هر کجای جهان (روی زمین، روی ماه، یا در فضای میان‌ستاره‌ای) معتبر است، زیرا به متغیرهای محلی مانند جاذبه وابسته نیست.

---

تعریف شماره ۱ (یک مثال تقریبی و قابل فهم)

وزن یک سیب ۱۰۲ گرمی معادل یک نیوتن است.

این تعریف یک مثال کاربردی و تقریبی برای درک اندازه و مقیاس یک نیوتن است، اما یک تعریف علمی و دقیق نیست.

چراکه:

1. تعریف وابسته به نیروی گرانش است: وزن یک جسم متناظر با نیرویی است که از طرف جاذبه به آن وارد می‌شود و از فرمول (W=mg) به دست می‌آید. در این فرمول، ‘g’ شتاب گرانش زمین است که مقداری ثابت نیست.
2. دقیق نیست: شتاب گرانش زمین (g) به طور میانگین حدود ۹/۸ کیلوگرم متر بر مجذور ثانیه است.
   به همین دلیل اثر وزن یک جسم ۱۰۲ گرمی (۰.۱۰۲ کیلوگرم) روی زمین تقریباً برابر با یک نیوتن می‌شود، اما مقدار ‘g’ بسته به ارتفاع از سطح دریا و موقعیت جغرافیایی کمی تغییر می‌کند. بنابراین، وزن آن سیب در نقاط مختلف زمین دقیقاً یک نیوتن نخواهد بود.
3. جهان‌شمول نیست: اگر همان سیب را به ماه ببرید، وزنش تقریباً یک‌ششم خواهد شد، در حالی که جرم آن تغییری نکرده است.

نتیجه‌گیری

بنابراین، تعریف دوم تعریف رسمی، استاندارد و علمی واحد نیوتن است. تعریف اول یک مثال عالی برای این است که بزرگی یک نیوتن را در زندگی روزمره تصور کنیم.

---

انواع نیرو

نیروهای بنیادی:

• نیروی جاذبه (Gravitational Force): اثر این نیرو باعث می‌شود اجسام به سمت یکدیگر کشیده شوند.
• نیروهای الکترومغناطیسی (Electromagnetic Forces): نیرویی که در نتیجه وجود بار الکتریکی در دو جسم ایجاد می شود، این نیرو از مهم‌ترین نیروها در سطح مولکولی می‌باشد که شامل پیوندهای شیمیایی، جاذبه و دافعه بین مولکول‌ها می‌شوند.
• نیروهای هسته ای ضعیف و قوی (Weak and strong nuclear forces): (این دو، از دیگر نیروهای بنیادی طبیعت هستند که مسئول نگه داشتن ذرات در هسته اتم‌ها می‌باشند. از آنجایی که این نیروها در مقیاس زیراتمی عمل می‌کنند، بررسی جزئیات آن‌ها خارج از موضوع اصلی ماست.)
  
  
  

نیروهای مشتق‌شده یا پدیده‌ای:

• نیروی اعمال‌شده (Force applied): این نیرویی است که ما با دست، ابزار یا ماشین‌آلات به اجسام وارد می‌کنیم.
• نیروی اصطکاک (Friction force): هنگامی که دو ماده بر روی هم حرکت می‌کنند، اصطکاک بین آن‌ها نیرویی بر خلاف جهت حرکت ایجاد می‌کند.
• نیروی اسموزی (Osmotic force): فشار اسمزی یکی از مفاهیم کلیدی در شیمی، زیست‌شناسی و صنعت است. این پدیده همان نیرویی است که باعث حرکت آب از محیط رقیق به سمت محیط غلیظ می‌شود.
• نیروی کشش تعرقی (Transpiration Pull): نیروی مکشی است که گیاهان از طریق تبخیر آب از برگ‌های خود ایجاد می‌کنند تا آب را از ریشه‌ها به سمت بالا بکشند و به تمام بخش‌های گیاه برسانند.
• نیروی مقاومت هوا (Air Resistance): نیرویی که هنگام حرکت اجسام در هوا، بر خلاف جهت حرکت به آن‌ها وارد می‌شود. این نیرو نوعی اصطکاک سیال است که میان سطح جسم و مولکول‌های هوا به وجود می‌آید.
• نیروهای چسبندگی و پیوستگی (Adhesion & Cohesion): پیوستگی جاذبه بین مولکول‌های مشابه (مثل آب با آب) و چسبندگی جاذبه بین مولکول‌های متفاوت (مثل آب با دیواره لوله) است.

موارد فوق تعدادی از نیروهای مشتق‌شده یا پدیده‌ای هستند در مقالات بعدی کاربرد آنها و سایر نیروهای موثر در جهت فهم مفاهیم صنعتی بخصوص در صنعت میوه خشک و چیپس میوه به آنها به تفضیل پرداخت خواهد شد.

کلیه مقالات مربوط به واحد‌های اندازه‌گیری را مشاهده کنید.

مقاله‌ی قبلی>>>