سيكون لقاء اليوم في منتهى الأهمية؛ انه حول قوانين نيوتن للحركة وشرحها وأمثلةً عليها. الأمر هنا شيّق وبسيط وسهل الفهم؛ يتناول قوانين نيوتن الثلاث (Newton’s laws of motion) بطريقة تجعل من السهل استيعابها وفهمها جيدًا.
قانون نيوتن الأول للحركة
لاحظ الإنسان منذ القدم؛ أنه إن كان جسم ما يتحرك، فإنه سيتوقف لوحده بعد مدة معينة، ولكي يستمر هذا الجسم بالحركة، فيجب التأثير عليه بقوة ما.
لذلك افترض العلماء لأكثر من 2000 سنة أن الأجسام تتوقف بنفسها، وأن هذه هي طبيعتها، وأنه لتستمر الأجسام بالحركة، يجب التأثير بقوم معينة عليها.
ثم أتى العلماء في القرن السابع عشر، ومنهم إسحاق نيوتن، ورينيه ديكارت، وجاليليو.
وضح هؤلاء العلماء وعلى رأسهم نيوتن أن ما يحصل هو ليس كما كان الاعتقاد سابقاً، أي أن الأجسام بطبيعتها تحافظ على سرعتها المتجهة، إلا إذا أثرت عليها قوة غير متوازنة، وهذا المعتقدان متعاكسان تماماً.
والنقطة المهمة التي فسرها هؤلاء العلماء؛ هي أن هذه الأجسام تتوقف بسبب تفاعلات تحصل مع البيئة المحيطة بها، وتؤثر سلباً على حركتها مما يوقفها.
وفي هذه الحالة تكون القوة المؤثرة هي قوة الاحتكاك، وهي التفاعل بين الجسم والأرض، واكتشف هؤلاء العلماء أنه كلما كان السطح أملس أكثر يستمر الجسم بالحركة أكثر وأكثر.
وإذا تخلصتم من الاحتكاك يمكن لهذا الجسم أن يستمر بالحركة إلى الأبد. ربما تتساءلون عن تفسير نيوتن، وهؤلاء العلماء لما يحصل عند التأثير بقوة ما على الجسم.
ما يحصل عند التأثير بقوة تؤدي إلى الحفاظ على السرعة المتجهة للجسم؛ هو أن القوة المؤثرة تكون معاكسه للقوة التي تؤثر سلباً على حركة الجسم، أي تكون القوة المؤثرة معاكسة لقوة الاحتكاك.
نص قانون نيوتن الأول للحركة
ينص قانون نيوتن الأول على أن “الجسم الساكن أو المتحرك بسرعة متجهة ثابتة يبقى كذلك إلى أن تؤثر عليه قوة غير متوازنة أو قوة محصلة”.
قدمنا هنا أيضًا ما قد يفيدكم؛ أسئلة وتمارين على مفاهيم قانون نيوتن الأول
قانون نيوتن الثاني للحركة
كيف تؤثر القوة المحصلة على السرعة المتجهة الثابتة، أو على حالة الجسم؟
هنا يأتي دور قانون نيوتن الثاني للإجابة عن هذا السؤال. يُعطي قانون نيوتن الثاني هذه المعادلة الشهيرة؛ القوة = الكتلة × التسارع، ولا تنسوا أن التسارع والقوة كميات متجهة.
إذا أثرت قوة على جسم ما، فمن الممكن أن تغير من سرعته المتجهة الثابتة. لكن السؤال هو؛ كيف يحصل ذلك؟
نفترض أن هناك جسم يتحرك في الفضاء، توضح لنا قوانين الكون الكلاسيكية؛ أنه إذا تم التأثير بقوة على جسم ما، سينتج تسارع في نفس اتجاه القوة.
نص قانون نيوتن الثاني
يوضح قانون نيوتن الثاني؛ أن القوة المؤثرة تتناسب مع التسارع، ولإيجاد القوة نضرب التسارع × الكتلة، وهناك اختلاف بين الكتلة والوزن.
الكتلة هي وحدة قياس للكمية الموجودة، أما الوزن هو الكمية التي تُجذب إلى الأسفل عن طريق الجاذبية.
نفترض أن هناك قوة تبلغ قيمتها 10 نيوتن، ووحدة القوة هي نيوتن كما تلاحظون، والنيوتن = كيلو جرام ضرب متر في الثانية تربيع.
ونفترض أن الكتلة تساوي 2 كيلو جرام ونريد إيجاد التسارع، وبما أنها كميات متجهة، إذا كانت القيمة موجبة يكون الاتجاه إلى اليمين، وإذا كانت سالبة يكون الاتجاه إلى اليسار.
فيُصبح لدينا 10 نيوتن أو يمكننا القول؛ 10 كيلوجرام متر في الثانية تربيع يساوي الكتلة، وهي 2 كيلو جرام × التسارع.
ولإيجاد التسارع نقسم طرفي المعادلة على 2 كيلوجرام، 10 ÷ 2 = 5. أي أن التسارع يساوي 5 متر في الثانية تربيع.
نص قانون نيوتن الثالث للحركة
نص القانون هو “لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
أي لا يمكن أن التأثير بقوة على جسم ما، دون أن يكون لهذا الجسم قوة معاكسة بنفس المقدار.
أمثلة على قانون نيوتن الثالث
نفترض أن لديكم حجر مكان ما، وقمتم بدفعه في اتجاه معين. يوضح قانون نيوتن الثالث أنه يمكن التأثير بقوة على الحجر، مما يؤدي إلى تحريكه، لكن هذا الحجر سيؤثر بقوة مساوية لكن معاكسة بالاتجاه عليكم، والدليل هو أنكم ستحسون بالضغط على أيديكم عند فعل ذلك.
إذا كان أمامكم مكتب مثلاً، وحاولتم دفع هذا المكتب بأيديكم قد تتمكنون من هذه المكتب أو تحريكه قليلاً، وبنفس الوقت ستشعرون بأن هناك ضغط على أيديكم، وهذا لأن المكتب ينتج قوة مساوية ومعاكسة على أيديكم، وإذا لم تكن هذه القوة المعاكسة موجودة لن تحسوا بالضغط.
مثال آخر؛ افترضوا أن هناك شخص يمشي على الرمل. عندما يدوس هذا الشخص على الرمل، فإنه يؤثر بقوة عليه، وهذه القوة التي يؤثر بها على الرمل هي قوة الوزن.
أي قوة الجاذبية بين جسم الشخص والأرض، وبعد الدوس على الرمل سيتحرك الرمل مشكلاً آثار أقدام، وهذا دليل على القوة التي أثرت على الرمل بسبب المشي عليه.
في المقابل ينتج الرمل قوة معاكسة ومساوية على الشخص، وبما أن هناك قوة الجاذبية التي تؤثر على الشخص فيجب أن يتسارع إلى الأسفل؛ إلا إذا كان هناك شيء آخر يوازن بين القوة.
وفي هذه الحالة تكون القوة التي توازن بين القوة هي القوة التي ينتجها الرمل إلى الأعلى؛ أي أن محصلة القوة تساوي صفر، لهذا يبقى الجسم ثابت على الأرض، ولا يتسارع إلى الأسفل.
ومن أشهر الأمثلة على قانون نيوتن الثالث هي؛ طريقة عمل الصواريخ عندما ينطلق صاروخ للخروج من الغلاف الجوي، لا يوجد شيء لدفعه لكي يبدأ الصاروخ بالتسارع، لهذا تُستعمل بعض الأجزاء من الصاروخ لكي تدفع عنه وتحركه.
ما يحصل هو أنه يخرج غازات بسرعة متجهة عالية جداً، وهذه الجسيمات تُحدث قوة معاكسة على الصاروخ، مما يسمح للصاروخ بالتسارع.