4 معلومات عن قانون القوة والحركة فى الفيزياء
القوة والحركة
- تعرَّف القوة في الفيزياء بأنّها مؤثر يؤثر في الأجسام بشكلٍ مباشر حتى يغير حالة الجسم ، أو اتجاهه ، أو موضعه ، أو حركته ، ومثال ذلك عندما نصدم في كرة متحركة باتجاه معين ، كما تعني القوة نسبة تغير الزخم بالنسبة إلى الزمن ، وتعتبر القوة في الفيزياء الحديقة بأنّها كمية متجهة مقدار واتجاه معين .
- الحركة هي تغير موقع الجسم من مكان إلى آخر، والتي تنقسم حسب الدراسات الفيزيائية إلى ثلاثة أقسام هي حركة دورانية مثل دوران الأرض حول نفسها ، وحركة خطية مثل سير الحافة في شارع بشكلٍ مستقيم وذبذات حركة البندول ، وتعتبر الحركة كمية متجهة بسبب قدرتنا على تحديد اتجاهها فمثلاً قد تكون عمودية أو أفقية ، كما يجب التفريق بين الحركة والإزاحة ؛ لأنّ المسافة المقطوعة أثناء الحركة تدل على الإزاحة .
- القوى الأساسية تنتمي جميع القوى الموجودة في الكون إلى أربعة أقسام رئيسية وهي قوى تآثر قوي وتآثر ضعيف يؤثران في الجسيمات دون الذرية ، وترتبط بين البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة ، والقوة الكهرومغناطيسية التي تؤثر في الشحنات الكهربائية ، وقوة الجاذبية الأرضية المعتمدة على الكتلة والمؤثرة على الأجسام ، وبشكلٍ عام تبدو قوة الجاذبية مألوفة لنا لأنّها القوة التي تربط بين الكواكب ، والشمس ، والنجوم ، وتشكل المجرات وعناقيد المجرات وجميع الكائنات الفضائية في الكون .
- إنّ القوة والحركة عنصران لا يُمكن أن ينفصلا عن بعضهما ، فالجسم المتحرك يتوقف كليَّاً عن حركته في حالة انقطاع القوة المسببة لها ، وعبر العصور والقرون السابقة ظلت آراء أرسطو قائمة حتى جاء العالم الفيزيائي جاليليو الذي قام بمجموعة من التجارب والأبحاث العلمية والعملية ، وتوصل إلى أنّ قوة الإحتكاك هي القوة المسؤولة عن توقف الأجسام المتحركة بدون غياب أو ضعف القوة الأصلية المسببة للحركة ، وبعد فترة من الزمن توصل جاليليو عبر مجموعة من التجارب أنَّ غياب قوة الإحتكاك لا يؤثر في حركة الجسم المتحرك ، حيث يستمر الجسم المتحرك بالحركة في سرعة منتظمة وبخط مستقيم دون الحاجة إلى قوة تؤثر فيه حتى يتحرك .
أنواع الحركة
هناك نوعان من الحركات الرئيسية عند دراسة الميكانيكا :
محتويات الموضوع
الحركات البسيطة
وكمثالٍ عليها أنّه إذا كنت تتحرّك في خطٍ مستقيم فأنت تفعل حركاتٍ بسيطةً ، أو إذا كان هناك كائنان يتجهان نحو بعضهما البعض في خط مستقيم فهذا شكل آخر للحركة البسيطة ، وأبسط الحركات هي حركة الأجسام المتحرّكة بسرعةٍ منتظمةٍ دون تسارع ، وهناك قليلٌ من الدراسات الأكثر تعقيداً بعض الشيء في هذا النوع من الحركة البسيطة ، وهي التي تتناول دراسة الكائنات التي تسرع أو تُبطء ، حيث يكون هناك قوى تتحكم فيها .
الحركات المعقدة
ومثال عليها هو تحرّك الكائن الفيزيائي لكن عندما يكون اتجاهه آخذاً في التغيير؛ أي إنّه لا يسير في خطٍ مستقيم ، وهذا المجال من الدراسة يضمّ الحركات المنحنية مثل الحركة الدائرية ، أو حركة الكرة الإسقاطية التي تُلقى في الهواء الطلق ، وحتّى تحدث مثل هذه الأشكال من الحركة المعقدة ، يجب أن تكون هناك قوىً من ورائها تؤثر فيها ، ولكن هذه القوى تحدث في زوايا مُعيّنة تؤدّي لمثل هذه الأنواع من الحركات المعقدة.
قانون نيوتن الأول
- ينص القانون الأول على أنه إذا كانت القوة المحصلة (المجموع الاتجاهي للقوى المؤثرة على الجسم) تساوي صفر، فإن سرعة الجسم تكون ثابتة. تعتبر السرعة كمية متجهة حيث يتم التعبير عنها مقدارا وهي سرعة الجسم واتجاها وهو اتجاه حركة الجسم. عندما نقول أن سرعة الجسم ثابتة فإننا نعني أن كلا من المقدار والاتجاه ثابتين.
- الجسم الساكن سيظل ساكن ما لم تؤثر عليه قوى خارجية و الجسم المتحرك لا تتغير سرعته طالما لم تؤثر عليه قوة خارجية ، تسمى هذه الحالة الحركة المنتظمة. يظل الجسم على حالته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. إذا كان في حالة سكون سيظل في هذه الحالة. إذا كان الجسم متحرك فإنه سيستمر في حركته بدون تغير في اتجاهه أو سرعته. هذا يتضح في المسابر الفضائية التي تستمر في الحركة في الفضاء الخارجي. التغير في حركة الجسم يجب أن يفرض ضد قابلية الجسم للاحتفاظ بحالته من الحركة. في غياب القوة المحصلة، فإن الجسم ينوي للتحرك على طول مساره إلى أجل غير مسمى.
- وضع نيوتن القانون الأول للحركة لكي يؤسس إطار مرجعي كي يتم تطبيق القوانين الأخرى. تفرض مفاهيم القانون الأول وجود إطار مرجعي واحد على الأقل يسمي إطار نيوتن والذي بدوره فإن أي جسم لا يتأثر بقوي خارجية يتحرك في خط مستقيم وبسرعة ثابتة ، يتم الإشارة إلى القانون الأول لنيوتن بقانون القصور الذاتي،لا بد لكي يتحرك الجسم في حركة منتظمة بالنسبة إلى الإطار المرجعي لنيوتن هو أن تكون مجموع القوى المؤثرة عليه تساوي صفر.
قانون نيوتن الثانى
- يمكن التعبير عن القانون الثاني باستخدام تسارع الجسم. يتم تطبيق القانون الثاني على الأنظمة ثابتة الكتلة [6][7][8] لذا فإن m تكون كمية ثابتة وبالتالي لا تدخل في نطاق عملية التفاضل طبقا لنظرية المعامل الثابت في التفاضل: حيث F هي القوة المحصلة، m هي كتلة الجسم و a هي تسارع الجسم. القوة المؤثرة على الجسم ينتج عنها تسارع في حركة الجسم ويمكن التعبير عنها أيضا أنه إذا كان الجسم في حالة تسارع فإنه يؤثر عليه قوة.
- عند تفاضل كمية الحركة بالنسبة للزمن فإن ناتج التفاضل لا يساوي صفر طالما هناك تغير في اتجاه كمية الحركة حتى إذا لم يكن هناك تغير في المقدار مثل الحركة الدائرية المنتظمة. تطبق هذه العلاقة مبدأ الحفاظ على كمية التحرك وهو أنه عندما تكون مجموع القوى المحصلة المؤثرة على الجسم تساوي صفر فإن كمية الحركة للجسم تظل ثابتة. تساوي القوة المحصلة معدل التغير في كمية التحرك.
- يحدث تغير في كمية الحركة عند اكتساب أو فقد النظام للكتلة وذلك دون وجود قوة خارجية تؤثر على النظام. المعادلة التفاضلية هنا تكون ضرورية للنظام متغير الكتلة.
قانون نيوتن الثالث
- لكل قوة فعل قوة رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. القانون الثالث ينص على جميع القوي بين جسمين وتكون متساوية في المقدار ومتضادة في الاتجاه: إذا وجد جسم A يؤثر بقوة FA لى جسم آخر B يؤثر بقوة FB على الجسم A والقوتين متساويتان في المقدار و متضادتين في الاتجاه FA = −FB يعني القانون الثالث أن القوة المؤثرة هي قوى متبادلة على الأجسام المختلفة .
- وهذا يعني أنه عندما تؤثر قوة على على جسم فلا بد من وجود قوة أخرى مصاحبة لها مساوية لها في المقدار ومضادة لها في الاتجاه. بعض الأحيان فإن مقدار واتجاه القوى يتحدد عن طريق جسم واحد فقط من الجسمين فمثلا عندما يؤثر جسم A على جسم آخر B بقوة فإنه يسمي بالفعل ويؤثر الجسم B على الجسم A بقوة لها نفس المقدار ولكنه في اتجاه مضاد ويسمي برد الفعل. هذا القانون عادة يسمي بقانون الفعل ورد الفعل. في مواقف أخرى يتم حساب مقدار واتجاه القوة عن طريق الجسمين معا وفي هذه الحالة لا نستخدم لفظ الفعل ورد الفعل. كلا القوتين يمكن تسميتها بالفعل ورد الفعل لأنهما قوتين منفصلتين ولا يمكن وجود واحدة دون الأخرى.
- في القانون الثالث يكون القوتين من نفس النوع فمثلا عندما يؤثر الطريق على السيارة بقوة احتكاك فإن السيارة أيضا تؤثر على الطريق بقوة احتكاك أخرى.
- يمكن رؤية القانون الثالث عندما يسير شخص فإنه يؤثر على الأرض بقوة وتؤثر عليه الأرض بقوة أيضا لذلك كل من الأرض والشخص يؤثرون على بعضهما البعض كذلك يحدث هذا بين الطريق والسيارة. يمكن رؤيته أيضا عندما يكون الشخص بالماء فإنه يدفع الشخص للأمام بينما يدفع الشخص الماء للخلف فكلاهما يؤثر على بعضهما.
