أسئلة وتمارين عن القوى المتوازنة وغير المتوازنة والقوى المحصلة

أمثلة عن القوى المتوازنة وغير المتوازنة والقوى المحصلة

سنعرض في هذا المقال مجموعة من الأمثلة (بمثابة أسئلة وتمارن رائعة ومفيدة) على القوى، وسنتعرف ما إذا كانت هذه القوى في كل مثال؛ متوازنة أم غير متوازنة، وأيّ منها يوجد فيها قوى محصلة.

المثال الأول

نفترض أن هناك صخرة على الأرض، قوة الجاذبية تسحب الصخرة إلى الأسفل باتجاه مركز الأرض، ونفترض أن قوة الجاذبية = 5 نيوتن إلى الأسفل، لكن الأرض تمنع الصخرة من السقوط إلى الأسفل؛ أي أن الأرض تنتج قوى عمودية، وهاتان القوتان لهما نفس المقدار لكن الاتجاه مختلف.

المثال الثاني

نفترض أن لدينا نفس الصخرة، وقوة الجاذبية = 5 نيوتن إلى الأسفل، ويوجد في هذه الحالة أيضاً قوى عمودية بقيمة 5 نيوتن إلى الأعلى.

لكن هناك شخص يحاول دفع الصخرة، ويؤثر بقوة تبلغ 2 نيوتن باتجاه اليمين، وهناك أيضاً قوة احتكاك بين الصخرة والأرض = 2 نيوتن باتجاه اليسار.

المثال الثالث

يوجد صخرة أخرى، وقوة الجاذبية = 5 نيوتن إلى الأسفل، والقوى العمودية = خمسة نيوتن إلى الأعلى، وهذا الشخص هنا أصبح يدفع بقوة أكبر بقيمة 3 نيوتن إلى اليمين، وقوة الاحتكاك لا تزال 2 نيوتن إلى اليسار.

المثال الرابع

نفترض أن لدينا نفس الصخرة، لكنها ليست مستقرة على الأرض، والقوة الوحيدة التي تؤثر عليها في هذه الحالة هي قوة الجاذبية؛ التي تؤثر عليها إلى الأسفل بقيمة 5 نيوتن، ويوجد أيضاً قوة احتكاك مع الهواء = 1 نيوتن إلى الأعلى، وتسمى مقاومة الهواء.

المثال الخامس

صخرة مستقرة على الأرض، وقوة الجاذبية = 5 نيوتن الى الأسفل، وبما أن الصخرة مستقرة على الأرض فهناك أيضاً قوة 5 نيوتن إلى الأعلى وهذا الشخص يدفع الصخرة بقوة تبلغ 4 نيوتن في هذا الاتجاه.

وهناك شخص آخر يحاول منع الأول من دفع الصخرة؛ إذ يدفع في الاتجاه الآخر بقوه 1 نيوتن، وقوة الاحتكاك في هذه الحالة تبلغ 2 نيوتن، أي أصبح لدينا 3 نيوتن في هذا الاتجاه.

إجابة الأسئلة السابقة

إجابة السؤال الأول

هناك قوى بقيمة 5 نيوتن باتجاه مركز الأرض و 5 نيوتن قوي عمودية من الأرض؛ القوتان هنا بنفس القيمة، وفي الاتجاه المُعاكس تماماً؛ لذلك توازنان بعضهما البعض. والقوة المحصلة في هذه الحالة = صفر، أي لا يوجد هنا قوى غير متوازنة.

إجابة السؤال الثاني

يوجد 5 نيوتن إلى الأعلى، و 5 نيوتن الى الأسفل، أي أنهما متوازنتان. أما في الاتجاه الأفقي يوجد قوة 2 نيوتن إلى اليمين، وتوازنها قوة الاحتكاك بمقدار 2 نيوتن إلى اليسار، ولهذا لا يوجد قوى محصلة على هذه الصخرة، أي أنها لن تتسارع.

إجابة السؤال الثالث

في هذه الحالة القوة في الاتجاه الرأسي متوازنة، أما في الاتجاه الأفقي، هذا الشخص يدفع الصخرة بقوة 3 نيوتن إلى اليمين، وقوة الاحتكاك = 2 نيوتن إلى اليسار، أي أنا لدينا قوى محصلة إلى اليمين = 1 نيوتن، لذلك يوجد في هذه الحالة قوى غير متوازنة في الاتجاه الأفقي تحديداً.

إجابة السؤال الرابع

لدينا قوتان في الاتجاه الرأسي؛ وهما قوة الجاذبية بقيمة 5 نيوتن الى الأسفل، والقوى المعاكسة لها هي مقاومة الهواء بقيمة 1 نيوتن إلى الأعلى، لكنهما غير متوازنتين؛ لأن هناك قوة محصلة بقيمة 4 نيوتن الى الأسفل؛ أي أن القوى غير متوازنة في هذه الحالة.

إجابة السؤال الخامس

هناك قوتان في الاتجاه الرئيسي؛ القوة العمودية التي توازن قوة الجاذبية، أما في الاتجاه الأفقي القوة إلى اليمين أكبر من القوة إلى اليسار؛ أي أن هناك قوى محصلة إلى اليمين بقيمة 1 نيوتن، ما يعني أن القوى غير متوازنة.