فیزیک آکروباتیک! (رمز و راز آکروبات بازان از نگاه فیزیک)

Mohsen 89

مدیر تالار فیزیک
مدیر تالار
کاربر ممتاز
در این تاپیک قصد دارم از رمز و راز آکروبات باز هایی که تو سیرک ها برای هنرشون، محو تماشا شون میشید و تماشاگران براشون دست می‌زنن و تشویقشون میکنن، پرده برداریم و فیزیک پشت این هنر ها و مهارتی که دارند رو مورد بررسی قرار بدیم

اگر تابحال به سیرک مراجعه کرده باشید یا نمایش های آکروباتیک رو تماشا کرده باشید، دیدید که هنرمندانی هستن که با اجرای حرکاتی چشمان شما رو مجذوب خودشون می‌کنند

در این تاپیک در پیام های جداگانه موارد مختلف رو بررسی می‌کنیم

این موارد شامل بند بازی
معلق زدن ها و .... میشه

و اینها همه فقط بخشی از زیبایی های علم فیزیک هست
بقول پروفسور والتر لواین عزیز و دوست داشتنی « هر کسی که فیزیک رو به صورتی کسل کننده تدریس کند، به فیزیک خیانت کرده!»
 

Mohsen 89

مدیر تالار فیزیک
مدیر تالار
کاربر ممتاز
ابتدا به بند بازی میپردازیم

تا حالا دقت کردید که میشه بعضی اجسام رو خیلی راحت و بدون دقت روی میز قرار داد و نگران افتادن و واژگون شدنشون نشد، اما بعضی از اجسام رو بایستی با دقت برداشت و روی میز قرار داد؟ و اگر دقت کافی به خرج ندیم باعث افتادن و واژگون شدن و یا شکسته شدنش میشه!

اما چه رازی پشت این مورد قرار داره؟ و تحت چه شرایطی میشه اجسام رو خیلی راحت روی یک سطح قرار داد؟ بدون بر هم خوردن تعادل اون؟

اگر کمی به این اجسام و نحوه ی قرار گرفتن شون روی یک میز دقت کنیم، میبینیم که اجسامی که واژگون میشن، در زمان واژگونی حول نقطه ای شروع به چرخش میکنن و به روی میز میوفتن!

این چرخش شما رو به یاد چه چیزی میندازه؟

اولین چیزی که باید به ذهنتون بیاد، گشتاور نیرو هست!

اما گشتاور چه نیرویی؟ :w02:

از اونجایی که در زمان قرار دادن اجسام روی میز، بغیر از نیروی دست شما که جسم رو بلند کرده و جابجا می‌کنه تنها یک نیروی دیگه در سیستم مورد بررسی مون وجود داره، خیلی دور از ذهن نیست که این نیرو تنها نیروی گرانش هست!
و نهایتا گشتاور حاصل از نیروی گرانشی هست که باعث بر هم خوردن تعادل و واژگون شدن اجسام می‌تونه بشه!

حالا این سوال مطرح میشه چه کارکرد این گشتاور نیرو به چه شکل هست و حالت که این همه در موردش گفتیم, چطور هست که یک بند باز از شر این گشتاور نیرو خلاص میشه و راحت تر از بقیه روی یک بند نازک راه می‌ره و واژگون نمیشه؟
اگر دقت کرده باشید گاها بند باز ها یک شاهین به دست گرفته که دو طرفش دو سطل پر از آب قرار داده شده و حین عبور از بند اون وزنه های سنگین رو هم حمل میکنن، که شاید به نظرتون این کار از عبور دست خالی از روی بند سخت تر باشه و جذابیت هنر بندباز رو چند برابر کنه براتون!

برای بررسی این موضوع باید به دو مبحث در مکانیک تحلیلی اشاره کرد، یکی خود گشتاور در حرکت های چرخشی ( که در اینجا چرخش به دور محور چرخش که همون بند هست، به حساب میاد) و از طرفی هم به مرکز جرم و شرط چرخش اجسام اشاره می‌کنیم.

زمانی که جسمی روی سطحی قرار میگیره، تنها در صورتی میشه به گردش در آوردش، که برآیند نیروهای وارد بر اون، در راستایی باشه که از سطح اتکای جسم عبور نکنه! حالا در نظر بگیرید که یک جسم در حالتی که هیچ نیرویی در راستای افق بهش وارد نشده، تنها تحت نیروی وزن هست که کاملا در راستای عمودی قرار داره و در اجسام بسیط ( که نمیشه اونها رو به صورت یک نقطه در نظر گرفت) محل اثر نیرو اهمیت زیادی پیدا می‌کنه و در اجسام، نیروی وزن عملا به مرکز جرم شون وارد میشه ( برای توضیح و آشنایی با مرکز جرم مجالی دیگر نیاز هست )
حالا در دو صورت جسم با نیروی کمی به چرخش در میاد، یکی اینکه مرکز جرم جسم تو قسمت بالایی جسم باشه و دوم اینکه سطح اتکای جسم بسیار کوچک باشه ( هرچه مرکز جرم بالاتر و یا سطح اتکا کوچکتر، با نیروی کمتری میشه جسم رو به چرخش در آورد)
 

Mohsen 89

مدیر تالار فیزیک
مدیر تالار
کاربر ممتاز
حالا باید بریم به سراغ گشتاور نیرو و بعد ببینیم بند باز ها چطور از واژگون شدن از روی بند ( که محور چرخش به حساب میاد) جلوگیری میکنن

در سیستم های تحت اثر یک نیرو، برای محاسبه ی گشتاور حول یک نقطه، مولفه ی عمودی اون نیرو ( که بر بازوی گشتاور عمود هست) رو بدست میاریم و در طول بازو ضرب میکنیم ( احتمالا همه میدونید و فقط به جهت یادآوری بود)
حالا خواهیم دونست که بندباز برای حفظ تعادل، فقط نیاز داره بدنش رو تو حالتی قرار بده که مرکز جرم بدنش دقیقا بالای بند قرار بگیره و این کار باعث میشه نیروی وزن، با بازوی گشتاور، زاویه ی 0 تشکیل بده و طبق فرمول :
Fعمودی=F×sinθ
که θ همون زاویه مون هست و عملا در این صورت نیروی عمود برابر ۰ هست و نهایتا گشتاوری به بندباز وارد نمیشه که باعث واژگون ش بشه

حالا بریم به سراغ شاهین متصل به سطل های آب
به نظرتون این ها چه تاثیری روی بندبازی دارن؟
آیا کار بندباز رو سخت میکنن؟ یا حتی کارش رو آسون تر میکنن!

شاید اولش به نظرتون کارش رو سخت کنه اما در حقیقت سطل های آب کار رو آسون تر میکنن
اما چطور؟
اگر دوباره به فرمول گشتاور برگردیم میبینیم که گشتاور به دو عامل بستگی داره، یکیش نیروی عمود به بازوی گشتاور بود، دومین عامل که به همون اندازه مهم هست خود بازوی گشتاور هست که در حقیقت نقطه اثر نیروی وزن یا همون فاصله ی تکیه گاه بندباز روی بند با مرکز جرم هست، با اضافه کردن سطل آب یخ سیستم بندباز و بند, عملا مرکز جرم سیستم پایین تر میاد و به نقطه ی اتکا نزدیک میشه و بازوی گشتاور کوتاه و کوتاه تر میشه
وقتی بازوی گشتاور کوتاه بشه بند باز می‌تونه راحت تر خودش رو روی بند نگه داره

تمام رمز و راز این مقوله همین بود که گفتم
اگر سوالی در این مورد داشتید میتونید بپرسید
دفعه ی بعدی که به سیرک رفتید یا نمایش آکروباتیک تماشا کردید به این موارد دقت خواهید کرد و اینکه میدونید دقیقا دارن چیکار میکنن ممکنه براتون جذابه باشه
 
بالا