مثال على القوة العمودية
نفترض أن هناك سطحاً من الجليد على شكل خط مُستقيم، ولدينا جسمان متشابهان؛ واحد في أول الخط، والآخر في آخر الخط، كتلة كل جسم = 5 كيلو جرام، والفرق بينهما هو أن واحد منهما ثابت، والآخر يتحرك بسرعة متجهة ثابتة = 5 متر في الثانية إلى اليمين، وفي هذا الموضوع، سنفترض أن قوة الاحتكاك معدومة.
ينص قانون نيوتن الأول للحركة؛ أنه إذا كان هناك جسم ساكن أو متحرك بسرعة متجهة ثابتة، فإن هذا الجسم يحافظ على سرعته المتجهة إذا كان متحركاً، ويبقى ساكناً إذا كانت سرعته المتجهة = صفر إلا إذا أثرت عليه قوة غير متوازنة.
في المثال السابق لا يوجد قوة غير متوازنة تؤثر على الجسمين، لكن إذا افترضتم أن الجسمين موجودان على الأرض فسيكون هناك قوة تؤثر عليهما.
وبما أن للجسمين كتلة معينة فستؤثر عليهما قوة الجاذبية الأرضية باتجاه الأسفل، وقوة الجاذبية تساوي مجال الجاذبية بالقرب من سطح الأرض × كتلة الجسم، أي 5 كيلوجرام، وكما تعلمون تسارع الجاذبية = 9.8 متر في الثانية تربيع.
الإجابة على السؤال
هي 49 كيلوجرام متر في الثانية تربيع، أي 49 نيوتن، لكن قانون نيوتن الأول ينص أنه إذا كان الجسم ساكناً فإنه يبقى ساكناً، وإذا كان متحركاً يبقى كذلك، إلا إذا كانت هناك قوة غير متوازنة، أو قوة محصلة تؤثر عليه.
ولاحظوا في المثال السابق أن هناك قوة محصلة بقيمة 49 نيوتن تسحب الجسم إلى الأسفل فكيف ذلك؟
والإجابة المنطقية؛ هي أن سطح الجليد الموجود أسفل الجسم يمنعه من التسارع إلى الأسفل.
لكن ما هي القوة التي توازن قوة الجاذبية لتُبقي الجسم سابتاً، ولا يبدأ بالتسارع إلى الأسفل؟
إذا كان الجسمان سيهبطان إلى الأسفل لولا الجليد الموجود في الأسفل فلابد أن يكون الجليد هو الذي يؤثر بالقوة المعاكسة التي تُبقي الجسم سابتاً، وهو كذلك بالفعل.
الجليد يؤثر بقوة معاكسة في الاتجاه، ومساوية في المقدار لقوة الجاذبية؛ أي إذا كانت قوة الجاذبية = 49 نيوتن إلى الأسفل، فإن القوة التي يؤثر بها الجليد توازنها، وتساوي 49 نيوتن إلى الأعلى.
إذا في هذه الحالة لا يوجد قوة محصلة في الاتجاهين العمودي والأفقي.
السرعة المتجهة للجسم الأول = صفر في الاتجاه الأفقي، وللجسم الآخر سرعة متجهة ثابتة بالاتجاه الأفقي، ولا يتسارع أي منهما في الاتجاه العمودي، لأن القوة التي يؤثر بها الجليد على الجسم معاكسة تماماً للجاذبية، وهذه القوة تسمى القوة العمودية؛ وتساوي في المثال السابق 49 نيوتن إلى الأعلى.
إذًا القوة العمودية؛ هي القوة الناتجة عندما يكون أي جسم مستقر على سطح ما بشكل عمودي.