فرض كنيد برخوردي تأسف‌بار بين موتوسيكلت و ديوار (يا هر مانع ديگر در مسير) اتفاق مي‌افتد. به‌علت تماس با ديوار، نيرويي نامتعادل بر موتورسيكلت اعمال مي‌شود به‌گونه‌اي كه ناگهان شتاب موتورسيكلت كاهش مي‌يابد.

اگر موتورسوار با كمربند يا اشكالي از كابل‌هايي (اگرچه عقيده‌ي خوبي نيست) به موتور بسته شده باشد ‌شتاب حركت موتورسوار نيز كاسته شده تا متوقف گردد. موتورسوار در حالي كه محكم به موتورسيكلت بسته شده هميشه داراي همان ‌وضعيت موتورسيكلت در حركت خواهد بود. همراه با شتاب موتورسيكلت، موتورسوار نيز شتاب مي‌گيرد. با كاهش شتاب موتورسيكلت، از شتاب موتورسوار نيز كاسته مي‌شود. اگر موتورسيكلت با سرعت ثابت حركت كند موتورسوار نيز با سرعت ثابت همراه ان به حركت ادامه خواهد داد.

اما به‌نظر شما اگر موتورسوار از كمربند ايمني استفاده نكرده باشد چه اتفاقي خواهد افتاد؟ آنان متحمل چه سرعتي خواهند شد در حالي كه موتورسيكلت تصادف كرده و ناگهان با ديوار (يا هر مانعي ديگر) برخورد كند؟

اگر چنين اتفاقي محقق شود موتورسوار داراي همان حركت موتورسيكلت نخواهد بود. وجود كمربند باعث خواهد شد از وجود نيروهاي لازم براي دارا بودن شتاب يكسان بين موتورسوار و موتورسيكلت اطمينان حاصل شود.

اگر كمربند ايمني وجود نداشته باشد موتورسوار تمايل خواهد داشت به حركت خود ادامه دهد (شكل).

اگر موتورسيكلت ناگهان متوقف شود موتورسوار به حركت خود ادامه خواهد داد. موتورسوار از روي موتورسيكلت به جلو پرتاب مي‌شود. در اين صورت موتورسوار همانند يك پرتابه به حركت پرتابي خواهد پرداخت.

اما به‌راستي چرا موتورسيكلت‌ها به وسايل ايمني تجهيز نشده‌اند؟ آيا اين بي‌توجهي به جان انسان‌ها براي سازندگان موتورسيكلت محسوب نمي‌شود؟ مطلقاً نه! هدف همه‌ي سازندگان وسايل نقليه آن است كه حداكثر ايمني را براي همه‌ي رانندگان فراهم اورند. در زمينه‌ي موتورسيكلت اعتقاد بر اين است كه ايمني بدن كمربند ايمني بيش‌تر خواهد بود.

در حالي كه در حوادث رانندگي با اتومبيل، امن‌ترين محل داخل اتومبيل است در مورد موتورسيكلت، ماندن بر روي آن امري اشتباه محسوب مي‌شود.

اگر دليل آن را از ما بپرسند بايد بگوييم اتومبيل داراي چهار چرخ است و از اطراف در برابر برخورد موانع ايمن است. بنابراين باقي ماندن در اتومبيل در صورت وقوع حادثه، حداكثر امنيت ممكن را براي راننده فراهم مي‌كند.

اين در حالي است كه موتورسيكلت تنها داراي دو چرخ است بنابراين امكان برخورد موانع از اطراف و پايين بر موتورسوار وجود دارد. اگر موتورسيكلت در تصادفي مثلاً به زير يك اتومبيل 900 كيلوگرمي بلغزد موتورسوار همراه با موتورسيكلت مچاله خواهد شد. در اين صوت امكان زنده ماندن موتورسوار به حداقل خواهد رسيد. به‌عبارت ديگر اگر موتورسوار موتورسيكلت را ترك كرده و به بيرون پرتاب شود اين اميد وجود خواهد داشت كه به زمين برخورد كرده بر روي آن لغزيده و پس از گذشت زماني بالاخره متوقف شود.

بنابراين موتورسيكلت ذاتاً وسيله‌اي خطرناك است. همانند سازندگان موتورسيكلت همانند همه‌ي وسايل نقليه آن را ايمن ساخته‌اند. حذف كمربند ايمني از موتورسيكلت موجب شده است كه موتورسوار به موانع برخورد نكرده و همانند موتورسيكلت - كه داراي دو چرخ است - به زمين نلغزد.

فرض كنيد نردباني بر روي كاميوني قرار دارد كه در يك جاده در حال حركت است به‌گونه‌اي كه نردبان با كاميون و هم‌وضعيت با آن حركت مي‌كند. به‌گونه‌اي كه با شتاب كاميون، نردبان نيز شتاب مي‌گيرد و با كاهش شتاب آن، از شتابش كاسته مي‌شود. هم‌چنين اگر سرعت كاميون ثابت باشد سرعت نردبان نيز ثابت باقي مي‌ماند.

به‌نظر شما چه اتفاقي خواهد افتاد اگر از روي بي‌توجهي نردبان بر روي كاميون به‌گونه‌اي بسته شود كه امكان لغزيدن بر روي آن را نداشته باشد؟ يا بدتر آن‌كه بند نردبان پاره شود و نردبان بر روي كاميون بلغزد؟

در اين صورت نردبان همراه با كاميون حركت نخواهد كرد. وجود بند نردبان اين اطمينان را مي دهد كه نردبان با كاميون شتاب بگيرد و يا با آن شتابش كاسته شود.

اما اگر بند نردبان موجود نباشد نردبان تمايل دارد به حركتش ادامه دهد (شكل).

اگر كاميون ناگهان متوقف و بند نردبان‌ها نيز پاره شود نردبان كماكان به حركت خود ادامه خواهد داد. اگر فرض شود بين نردبان و كاميون اصطكاك قابل‌توجهي وجود نداشته باشد نردبان به بيرون كاميون پرتاب مي‌شود. وقتي نردبان كف كاميون را ترك مي كند همانند يك پرتابه به حركت پرتابي خواهد پرداخت.

فرض كنيد يك «فيل» و يك «پَر» از يك ساختمان خيلي بلند از يك ارتفاع در يك زمان رها شوند. هم‌چنين فرض كنيد مقاومت هوا ناچيز باشد به‌گونه‌اي كه از طرف هوا هيچ نيرويي نه بر «فيل» و نه بر «پَر» در حين سقوط اعمال نشود. به‌نظر شما كدام‌يك از «فيل» يا «پَر» زودتر به زمين برخورد خواهند كرد؟ (شكل) در شكل شتاب با يك بردار نشان داده شده است.

بسياري از مردم از برخورد هم‌زمان «فيل» و «پَر» به زمين هنگام سقوط از يك ارتفاع در غياب مقاومت هوا متعجب مي‌شوند.

به‌نظر شما چرا چنين مي‌شود؟ جواب به اين سؤال بسياري از ابهام‌ها و اشتباه‌ها در درك مفاهيم را ازبين مي‌برد. از شما تقاضا مي‌كنيم همراه همديگر راجع به درست و غلط بودن جمله‌هاي ذيل اظهارنظر كنيد:

اگر شما به يكي از گزينه‌هاي بالا جواب «صحيح» بدهيد ممكن است در مفهوم «نيرو»، «وزن»، «جاذبه»، «جرم» و «شتاب» دچار اشكال باشيد. در غياب مقاومت هوا هم «فيل» و هم «پَر» در وضعيت «سقوط آزاد» قرار مي‌گيرند. اين بدين‌معنا است كه تنها نيرويي كه بر هر دو شيء وارد مي‌شود نيروي جاذبه است. اين نيرويي است كه باعث مي‌شود هر دو شيء به‌سمت پايين شتاب بگيرند.

نيروي جاذبه‌ي اعمال شده بر دو شيء بستگي به جرم اشيا دارد. «جرم» به مقدار ماده در يك شيء دارد. واضح است كه جرم «فيل» از «پَر» بيش‌تر است. بنابراين نيروي جاذبه‌ي بيش‌تري نيز بر آن اعمال مي‌شود يعني نيرويي كه از طرف زمين باعث كشيده شدن «فيل» به‌سمت پايين مي‌شود بيش‌تر از نيرويي است كه باعث كشيده شدن «پَر»‌به‌سمت پايين مي‌گردد.

از آن‌جايي كه «وزن» ميزاني براي كشش جاذبه بر روي يك شيء است مناسب است كه بگوييم وزن «فيل» از وزن «پَر» بيش‌تر است. به‌همين دليل، هشت عبارت ذكر شده در بالا «غلط» است.

از آن‌جايي كه «فيل» جرم بيش‌تري دارد داراي وزن بيش‌تري نيز هست. بنابراين متحمل كشش جاذبه‌ي بيش‌تري نيز مي‌شود. اين سؤال بزرگي است!!

براي پاسخگويي به اين سؤال، نياز به استفاده از قانون ديگري غير از قانون اول نيوتن داريم. اين قانون، همان «قانون دوم نيوتن» است. «قانون دوم نيوتن» مي‌گويد شتاب يك شيء به‌طور مستقيم با «برايند نيرو» و به‌طور معكوس با «جرم» ارتباط دارد.

براي محاسبه‌ي شتاب يك شيء دو عامل بايد در نظر گرفته شود:

فرض كنيد يك «فيل» و يك «پَر» از يك ساختمان خيلي بلند از يك ارتفاع به‌سمت پايين سقوط مي‌كنند. فرض مي‌كنيم يك وضعيت واقعي حاكم بوده و مقاومت هوا را در نظر بگيريم. به‌نظر شما كدام‌يك از «فيل» يا «پَر» زودتر به زمين برخورد مي‌كنند (شكل). شتاب اشيا با بردار نشان داده شده است.

بسياري از مردم از اين‌كه «فيل» زودتر از «پَر» به زمين برخورد مي‌كند تعجب نمي‌نمايند. اما راستي چرا «فيل» زودتر به زمين برخورد مي‌كند؟ بسياري از افراد در اين زمينه داراي اشكال هستند. جواب به اين سؤال بسياري از ابهام‌ها و اشتباه‌ها در درك مفاهيم را ازبين مي‌برد. از شما تقاضا مي‌كنيم همراه همديگر راجع به درست و غلط بودن جمله‌هاي ذيل اظهارنظر كنيد:

اگر به يكي از عبارت‌هاي فوق، جواب «صحيح» داده باشيد شايد درباره‌ي مفاهيم «وزن»، «نيروي جاذبه»، «شتاب جاذبه»، «مقاومت هوا» و «سرعت نهايي» دچار اشكال باشيد.

هم «فيل» و هم «پَر» به‌علت نيروي جاذبه‌ي به‌سمت پايين سقوط مي‌كنند. در ابتداي سقوط، نيروي جاذبه توسط نيروهاي ديگر خنثي نمي‌شود. هم‌چنين هم «فيل» و هم «پَر» شروع به شتاب گرفتن (تغيير سرعت) مي‌شوند.

در حالي كه «فيل» و «پَر» سقوط كرده و سرعت‌اشان دستخوش تغيير مي‌شود اعمال نيروي مقاومت هوا به‌سمت بالا بر آنان آغاز مي‌شود. نيروي مقاومت هوا نتيجه‌ي حركت سريع شيء در لايه‌ي هوا و برخورد آن با مولكول‌هاي هوا است. هرچه مولكول‌هاي بيش‌تري از هوا به شيء برخورد مي‌كند مقدار مقاومت هوا نيز بيش‌تر خواهد شد. در نتيجه مقدار مقاومت هوا وابسته به سرعت سقوط شيء و سطح هوا از شيء در حال سقوط است.

با بررسي تنها متغير سطح هوا فرض اين‌كه مقاومت هوا براي «فيل» بيش‌تر از «پَر» است (در صورت برخوردار بودن از سرعت يكسان) صحيح خواهد بود.

اما چرا «فيل» كه با مقاومت هواي بيش‌تري مواجه مي‌شود سريع‌تر سقوط مي‌كند؟ پس آيا مقاومت هوا باعث سقوط كندتر نمي‌شود؟ آيا اشيا در صورت مواجهه با مقاومت هواي بيش‌تر كندتر سقوط نمي‌كنند؟

براي پاسخگويي به اين سؤال‌ها لازم است درك‌امان از قوانين اول و دوم نيوتن را با مفهوم «سرعت حدي» دراميزيم. با توجه به قانون دوم نيوتن، يك شيء شتاب مي‌گيرد زماني كه برايند نيروهاي وارد بر آن صفر نباشد. مقدار شتاب شيء به‌طور مستقيم متناسب با مقدار برايند نيروي وارد بر آن است.

اشياي در حال سقوط با توجه به نيروي اعمالي بر آنان ابتدائاً شتاب مي‌گيرند (سرعت‌اشان تغيير مي‌كند). به‌خاطر آن‌كه نيروي اعمال شده بر آنان آن‌قدر بزرگ نيست كه نيروي رو به پايين جاذبه را خنثي كند. ولي همان‌طور كه شيء سرعت مي‌گيرد متحمل نيروي مقاومت هوا به‌سمت بالا مي‌شود.

در واقع اشيا همواره به شتاب گرفتن (تغيير سرعت) ادامه مي‌دهند تا اين‌كه نيروي مقاومت هوا آن‌قدر زياد شود كه نيروي جاذبه‌ي رو به پايين را خنثي كند. چون «فيل» جرم بيش‌تري دارد داراي وزن بيش‌تري نيز هست و متحمل نيروي جاذبه‌ي رو به پايين بيش‌تري نيز مي‌شود.

شيء مذكور بايد در مدت زماني طولاني شتاب بگيرد (سرعتش تغيير كند) تا آن‌كه نيروي مقاومت هوا – كه رو به بالا است – با نيروي جاذبه برابر شود. در اين حالت گفته مي شود شيء داراي يك «سرعت حدي» است. «سرعت حدي» سرعت نهايي شيء است. شيء بعد از رسيدن به «سرعت حدي» با اين سرعت به سقوط خود ادامه مي‌دهد و با همين سرعت به زمين برخورد مي‌كند.

در مثال «فيل» و «پَر»، «سرعت حدي» «فيل» از «پَر» بيش‌تر خواهد بود. همان‌طور كه در بالا گفته شد «فيل» بايد در زمان بيش‌تري شتاب بگيرد زيرا نياز به سرعت بيش‌تري براي تأمين نيروي مقاومت هوا براي خنثي كردن نيروي جاذبه دارد.

در واقع، «فيل» هرگز به يك «سرعت حدي» نمي‌رسد. شكل نشان مي‌دهد «فيل» در لحظه‌ي قبل از برخورد به زمين هنوز داراي شتاب است. در شكل مقدار اين دو نيروي اعمال شده بر «فيل» را در زمان‌هاي مختلف قبل از برخورد را نشان مي‌دهد.