بماذا تقاس القوة؟
تقاس القوة بوحدة نيوتن (بالإنجليزية: Newton)، والتي يرمز لها بالرمز (N)؛ وتعرف النيوتن بأنها وحدة القوة المطلقة حسب النظام الدولي للوحدات أو النظام العالمي للوحدات (SI)، ويمكن تعرفيها بمعنى أدق؛ بأنها القوة التي تؤثر على كتلة مقدارها كيلوغرام واحد (1 كغ) فتكسبها تسارعًا مقداره متر واحد في الثانية المربعة (1 م/ث)، وبهذا فإن وحدة النيوتن تعادل وحدة (كغ. م/ ث)، وقد سميت النيوتن بهذا الاسم نسبةً إلى عالم الفيزياء والرياضيات الإنجليزي الشهير إسحق نيوتن؛[١] الذي صاغ قوانين الفيزياء الثلاثة في الحركة، ووضع مبادئ حساب التفاضل والتكامل، وغيرها من الإنجازات العلمية.[٢]
ما هي القوة؟
تعرف القوة (بالإنجليزية: Force) بأنها مؤثر خارجي يؤثر على جسمٍ معين فيُحدث تغيرًا في حالة الجسم الطبيعية أو في موضعه، فقد يحركه إن كان ساكنًا أو قد يوقفه إن كان متحركًا، أو يزيد من سرعة حركته أو يبطئها، أو يحدث تغييرًا في اتجاه حركته أيضًا، وتعد القوة كمية متجهة؛ أي أن لها مقدارًا واتجاه، ويمكن قياس القوة باستخدام الميزان الزنبركي، ووحدة قياس القوة في النظام العالمي للوحدات هي نيوتن (N)، ويرمز للقوة عادةً بالرمز F أو → F؛ حيث يدل السهم الصغير على أنها كمية متجهة.[٣]
ما هو قانون حساب القوة؟
يتم حساب مقدار القوة المؤثرة في الجسم باستخدام العلاقة التي تربط القوة بكتلة الجسم وتسارعه، وهي كما يأتي:[٤]
F = ma
حيث إن:
F: القوة المؤثر في الجسم، وتقاس بوحدة نيوتن.
m: كتلة الجسم، وتقاس بوحدة الكيلوغرام (كغ).
a: تسارع الجسم، ويقاس بوحدة المتر لكل ثانية تربيع (م/ث).
أمثلة على كيفية حساب القوة
فيما يأتي بعض الأمثلة التي توضح كيفية حساب القوة:
السؤال: قوة ثابتة تؤثر في جسم كتلته 3 كغم، فتزيد من سرعته؛ بحيث تتغير سرعته من 2 م/ث إلى 3.5 م/ث، في زمن مقداره 25 ثانية، دون أن تحدث تغييرًا في اتجاه حركة الجسم، فما مقدار القوة بالاعتماد على المعطيات المرفقة في المثال:[٤]
الحل: المعطيات:
- كتلة الجسم (m) = 3 كغ
- السرعة الأولية (u) = 2 م/ث
- السرعة النهائية (v) = 3.5 م/ث
- الزمن (t) = 25 ثانية
- أولًا: استخدام معادلة الحركة الأولى، لحساب تسارع الجسم بالطريقة الآتية:
v = u+at
a = (v - u) /t
25/(a= (3.5-2
م/ث a=0.06
- ثانيًا: تعويض قيمة التسارع والكتلة في قانون حساب القوة، لمعرفة مقدار القوة المؤثرة في الجسم:
F = ma
0.06 F= 3 x
نيوتن F=0.18
السؤال: سيارة صغيرة كتلتها 1000 كجم تتسارع شمالًا بسرعة 5 م/ث، فما هي القوة الناتجة عن هذا التسارع؟[٥]
الحل: المعطيات:
- كتلة الجسم (m) = 1000 كغ
- تسارع الجسم (a) = 5 م/ث
- باستخدام العلاقة الرياضية التي تربط القوة بالكتلة والتسارع يكن معرفة مقدار القوة، وذلك كالآتي:
F = ma
5 F= 1000 x
نيوتن شمالًا F=5000
قوة ثابتة تؤثر في جسم كتلته 3 كغم، فتزيد من سرعته؛ بحيث تتغير سرعته من 2 م/ث إلى 3.5 م/ث، في زمن مقداره 25 ثانية، دون أن تحدث تغييرًا في اتجاه حركة الجسم، فما مقدار القوة بالاعتماد على المعطيات المرفقة في المثال:[٤]
المعطيات:
- كتلة الجسم (m) = 3 كغ
- السرعة الأولية (u) = 2 م/ث
- السرعة النهائية (v) = 3.5 م/ث
- الزمن (t) = 25 ثانية
- أولًا: استخدام معادلة الحركة الأولى، لحساب تسارع الجسم بالطريقة الآتية:
v = u+at
a = (v - u) /t
25/(a= (3.5-2
م/ث a=0.06
- ثانيًا: تعويض قيمة التسارع والكتلة في قانون حساب القوة، لمعرفة مقدار القوة المؤثرة في الجسم:
F = ma
0.06 F= 3 x
نيوتن F=0.18
سيارة صغيرة كتلتها 1000 كجم تتسارع شمالًا بسرعة 5 م/ث، فما هي القوة الناتجة عن هذا التسارع؟[٥]
المعطيات:
- كتلة الجسم (m) = 1000 كغ
- تسارع الجسم (a) = 5 م/ث
- باستخدام العلاقة الرياضية التي تربط القوة بالكتلة والتسارع يكن معرفة مقدار القوة، وذلك كالآتي:
F = ma
5 F= 1000 x
نيوتن شمالًا F=5000
المراجع
- ↑ "unit of measurement", www.britannica.com, Retrieved 4/9/2021. Edited.
- ↑ "Isaac Newton", britannica, Retrieved 6/9/2021. Edited.
- ↑ "What is Force?", byjus.com, 4/9/2021, Retrieved 4/9/2021. Edited.
- ^ أ ب "Force Formula", www.toppr.com, Retrieved 5/9/2021. Edited.
- ↑ "How to Calculate Force", sciencing.com, Retrieved 5/9/2021. Edited.
