مراقب این اشتباهات فیزیکی باشید!

بسیاری از مردم، اغلب این اشتباهات را” تصورات غلط فیزیک” می نامند، من فکر نمی کنم که این اصطلاح نادرست باشد، اما به نظرم کمی گمراه کننده است. بله، ممکن است دانشجویان ایده های اشتباهی داشته باشند، اما نمی توان آنها را مطلقا اشتباه درنظر گرفت.تمام این اشتباهات که دانشجویان در فیزیک دارند براساس اجزایی از درک و فهم است. اگر دانشجویان ایده هایی داشته باشند که به هیچ طریقی معنی نداشته باشد، این ایده ها را می توان غلط پنداشت.بنابراین در اینجا به برخی از بزرگترین ایده هایی می پردازیم که ممکن است مشکلاتی را در ترم اول فیزیک ایجاد کند.

گویا آی تی – بسیاری از مردم، اغلب این اشتباهات را” تصورات غلط فیزیک” می نامند، من فکر نمی کنم که این اصطلاح نادرست باشد، اما به نظرم کمی گمراه کننده است. بله، ممکن است دانشجویان ایده های اشتباهی داشته باشند، اما نمی توان آنها را مطلقا اشتباه درنظر گرفت.تمام این اشتباهات که دانشجویان در فیزیک دارند براساس اجزایی از درک و فهم است. اگر دانشجویان ایده هایی داشته باشند که به هیچ طریقی معنی نداشته باشد، این ایده ها را می توان غلط پنداشت.بنابراین در اینجا به برخی از بزرگترین ایده هایی می پردازیم که ممکن است مشکلاتی را در ترم اول فیزیک ایجاد کند.

نیروی خالص حرکت را تغییر می دهد

هنگامی که یک نیروی ثابت به جسمی وارد می کنید، چه اتفاقی می افتد؟
پاسخ بسیار رایج دانشجویان این است که وارد کردن یک نیروی ثابت به شی، آن را با سرعت ثابتی به حرکت در می آورد، البته که این پاسخ اشتباه است، اما به نوعی معنی دار نیز هست.
تصور کنید که در منزل هستید و قصد دارید مبل را تکان دهید. مبلتان از نوع مبل های تختی است که هیچ کس تابحال به فکر تکان دادن آن نیز نیفتاده است، بنابراین شما تنها به آن فشار وارد می کنید و در طول اتاق آن را می کشید.
اگر می خواهید آن را با سرعت حداکثری تکان دهید، باید نیروی بیشتری به آن وارد کنید. این هل دادن فقط یک نیروی بیشتر است، فشار دادن شما باعث می شود که مبل سریعتر حرکت کند. در واقع نیروی بیشتر مساوی با سرعت بیشتر است.
اما این درست نیست. دو مشکل در این مثال وجود دارد. اول، فشار شما تنها نیروی وارد بر مبل نیست. نیروی گرانش نیز وارد می شود که نسبتا کم است. اما یک نیروی مهم دیگر نیز وجود دارد ، ان هم نیروی اصطکاک است. این نیرو مخالف فشار وارد می شود و به گونه ای است که در اغلب موارد نیروی کل تقریبا برابر با صفر می شود.
نیروی خالص صفر به این معناست که سرعت تغییر نمی کند اما از آنجایی که شما تنها به نیروی هل دادن فکر می کنید، اینطور به نظر می رسد که این نیرو باعث حرکت مبل با سرعت ثابت می شود.
موضوع دوم دررابطه با تغییر سرعت است. نیروی اصطکاک صرف نظر از سرعت حرکت مبل ، تقریبا ثابت است.
اگر شما نیروی بیشتری به مبل وارد کنید، نیروی خالص دیگر برابر با صفر نیست و مبل با سرعت بیشتری حرکت می کند. مشکل اینجاست که طی یک فاصله ی کوتاه، برای انسان تشخیص تغییر سرعت و سرعت بالا مشکل است.
به طور کلی، انسانها برای تشخیص حرکت، تکامل یافته اند، هرگونه حرکتی.. و ایده ی اصلی شان این است که اگر چیزی تکان بخورد، شاید بتوانیم آن را بخوریم!
افزودن بردار با افزودن اسکالر تفاوت دارد
از نظر فنی این مشکل ارتباطی با فیزیک ندارد، در واقع یک مشکل ریاضی است. با این حال، بردارها در فیزیک مقدماتی به قدری اهمیت دارند که اگر از آنها به درستی استفاده نکنید، با مشکل مواجه خواهید شد.
در اینجا به بررسی سریع بردارها می پردازیم. و مثالی را ارائه می دهیم که مشکل مردم را نشان دهد.
بسیاری از طبقه ها دارای کاشی های مربعی هستند. در ساختمان ما، کاشی ها به صورت مربع های ۱۲ اینچی و بری اندازه گیری تقریبی مسافت مناسب هستند.
بنابراین فرض کنید که من به اندازه ی ۳ مربع و بعد ۲ مربع جابجا شوم. چه مسافتی را طی کردم؟ شما نیز می توانید این کار را انجام دهید. آیا پاسخی پیدا کردید؟ آیا به اندازه ی ۵ مربع جابجا شده اید؟
البته اکثرا این پاسخ را می دهند. اما شما هم چنین می توانید به اندازه ی مسافت ۱ مربع جابجا شوید.
بله، اگر شما سه مربع به جلو بروید، و آنگاه دو مربع به عقب برگردید، آنگاه در واقع یک مربع یک مربع از مبدا فاصله گرفته اید.
حالا اگر سه مربع حرکت کنید و سپس ۹۰ درجه بچرخید و دو مربع دیگر حرکت کنید، چقدر مسافت طی کرده اید؟ ممکن است در یک متری یا ۵ متری مبدا باشید.
دلیل اینهمه پاسخ های گوناگون برای مسافت کلی این است که جابجایی یک بردار است. این بدان معناست که در هر حرکتی نه تنها فاصله، بلکه جهت نیز حائز اهمیت است.
جابجایی یک بردار است و و شما باید مسافت ها را به عنوان بردار به هم اضافه کنید. البته نیرو ، سرعت و شتاب نیز یک بردار هستند.

تغییر در انرژی، مهم تر از انرژی است

آیا این دومین ایده ای است که به تغییر بستگی دارد؟ بله، تغییرات اهمیت زیادی در فیزیک دارند. در این مورد، ایده ی اصلی در ارتباط با اصل انرژی-کار است.
براساس این اصل، کار انجام شده برروی یک سیستم, برابر با تغییر کل مقدار انرژی است. کار محصول نیرو و جابجایی است، اما در اینجا می خواهم درباره ی انرژی صحبت کنم.
در اینجا نیز با یک مثال شروع می کنم. فرض کنید که یک توپ یک کیلو گرمی دارید و ان را ۲ متر بالاتر از کف نگه می دارید. اگر آن را رها کنید، سرعت آن هنگامی که یک متر بالاتر از سطح زمین قرار دارد، چقدر است؟
روش رایج حل این مسئله این است که ابتدا انرژی پتانسیل گرانشی را محاسبه کنیم.
ممکن است این راه حل خوبی به نظر برسد،( و واقعا هم می توانید نتیجه ی درستی از این طریق بگیرید.) اما انرژی پتانسیل گرانشی اهمیتی ندارد.
تنها تغییر انرژی پتانسیل گرانشی است که اهمیت دارد. تعاریفی که برای انرژی پتانسیل گرانشی ارائه شده است را در نظر بگیرید:U= mgy که در آن m جرم، g میدان گرانشی و y ارتفاع عمودی است.
اما مقدار y را چگونه بدست آوریم؟ با توجه به کف؟ درواقع کف مهم نیست. شما می توانید مکان y را به هرجا که می توانید تغییر دهید، چراکه مکان آن اهمیتی ندارد.
چیزی که در واقع مهم است تغییر در انرژی پتانسیل گرانشی است، همانطور که در اصل کار-انرژی نشان داده شده است.

نمودار، تصویر نیست

بله، همه می دانیم که گراف، یک تصویر نیست، اما این این مسئله است. نگاهی بیاندازیم به نمودار مکان-زمان برای حرکت برخی اشیا. نکته: این نمودار در واقع یک برنامه ی پایتون است، چراکه گاهی محاسبه کردن چیزی، از به تصویر کشیدن ان آسان تر است.
اگر بخواهید حرکت این شی را توصیف کنید، چه می گویید؟ پاسخ رایج این است که این حرکت ماشین است که سرعت می گیرد، با سرعت ثابت حرکت می کند، و آنگاه از سرعتش می کاهد.
پاسخ احتمالی دیگر این است که این نمودار ماشینی است که از تپه ای بالا می رود، و آنگاه پایین می آید( این پاسخ نیز اشتباه است.)
بهترین راه توصیف نمودار، در نظر گرفتن آن به عنوان مجموعه نقاط است.اولین نقطه t=0 و x=1 است که مکان اشیا در اولین لحظه را نشان می دهد. کمی بعد، موقعیت x افزایش می یابد، و مقدار افزایش برابر با بخش اول نمودار است.
این بدان معناست که جسم با سرعت ثابت حرکت می کند. در قسمت بالایی نمودار، موقعیت x تغییر نمی کند، و مقدار شتاب برابر صفر است.
در نهایت، مکان x شروع به کاهش می کند و شتاب در جهت x منفی می شود.
اجازه ندهید ذهنتان شما را متقاعد کند که گراف یک تصویر است، در عوض برروی نکات آن تمرکز کنید.
این نکات تنها برخی از اشتباهات رایج بود که در فیزیک مقدماتی مشاهده کردم، به یاد داشته باشید مرتکب این چنین اشتباهات شدن، بسیار رایج است.
اما ادامه دادن به این اشتباهات، خطا محسوب می شود. اشتباه کردن، در واقع بخش جدایی ناپذیر یادگیری محسوب می شود و تمرین نیز به این یادگیری کمک شایانی می کند.