قانون نيوتن الثاني
ينص قانون نيوتن الثاني (بالإنجليزية: Newton's Second Law) على أن تسارع الجسم يعتمد على كتلة الجسم ومقدار القوة المطبقة عليه، فإذا أثرت قوة خارجية معينة (أو محصلة قوى) على جسمٍ ما فإنها سوف تكسبه تسارعًا باتجاهها، يتناسب طرديًا مع القوة وعكسيًا مع كتلة الجسم، وفيما يأتي الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني:[١]
القوة = الكتلة × التسارع
ق= ك × ت
F= ma
أسئلة على قانون نيوتن الثاني
فيما يأتي أمثلة محلولة على قانون نيوتن الثاني:
أثرت قوة مقدارها 4 نيوتن على جسم كتلته مجهولة، فأكسبته تسارعًا باتجاه اليمين بمقدار 3.3 م/ث2، فما مقدار كتلة الجسم؟[١]
- وضع الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني للحركة:
القوة= الكتلة × التسارع
- تعويض القيم المعروفة في القانون:
4= الكتلة × 3.3
- قسمة طرفي المعادلة على قيمة التسارع للحصول على مقدار كتلة الجسم:
الكتلة= 4/3.3
الكتلة= 1.2 كغ
تؤثر قوتان على حصان، إحداهما بقوة 30 نيوتن إلى اليمين، والأخرى بقوة 20 نيوتن إلى اليسار، وكانت كتلة الحصان تساوي 380 كيلوغرامًا، فما مقدار التسارع الذي يكتسبه؟[٢]
- أولًا يجب إيجاد محصلة القوى؛ بفرض أن الاتجاه الأيمن هو الاتجاه الموجب:
القوة المحصلة المؤثرة على الحصان= 30-20
القوة المحصلة= 10 نيوتن باتجاه اليمين
- وضع قانون نيوتن الثاني:
القوة= الكتلة × التسارع
- تعويض القيم المعروفة في القانون:
10=380 × التسارع
التسارع= 10/380
التسارع= 0.026 م/ث2
يوجد كتلة مقدارها 2 كيلوغرام، تؤثر عليها قوة مقدارها 20 نيوتن في الاتجاه x الموجب، وقوة مقدارها 30 نيوتن في الاتجاه x السالب، فما تسارعها؟[٣]
- يجب إيجاد محصلة القوة المؤثرة في الكتلة:
القوة المحصلة= 20-30
القوة المحصلة= -10 نيوتن
- وضع قانون نيوتن الثاني:
القوة= الكتلة × التسارع
- تعويض القيم المعروفة في القانون:
-10= 2 × التسارع
التسارع= -10/2
التسارع= -5 م/ث2 (الإشارة السالبة تعني أن الجسم يتباطأ)
سيارة كتلتها 1000 كغ، وتسير بتسارع ثابت مقداره 4 م/ث2، فما مقدار القوة التي تؤثر على هذه السيارة؟
- وضع الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني للحركة:
القوة= التسارع × الكتلة
- تعويض القيم المعروفة في القانون:
القوة= 1000 × 4
- ضرب قيمة الكتلة بقيمة التسارع لنحصل على مقدار القوة المؤثرة في السيارة:
القوة= 4000 نيوتن
تمسك طالبتان حبل كتلته 0.75 كغ، وتشد كل واحدة منهما الحبل باتجاه معاكس للأخرى، فإذا شدت الطالبة الأولى الحبل بقوة مقدارها 16 نيوتن، فتسارع الحبل بقدار 1.25 م/ث2 مبتعدًا عنها، فما القوة التي تسحب بها الطالبة الثانية الحبل؟
- القوة المحصلة= الكتلة × التسارع
- القوة المحصلة= 0.75 × 1.25
- القوة المحصلة= 0.94
- القوة المحصلة= القوة التي تسحب بها الطالبة الثانية الحبل – القوة التي تسحب بها الطالبة الأولى الحبل
- 0.94= القوة التي تسحب بها الطالبة الثانية الحبل – 16
- القوة التي تسحب بها الطالبة الثانية الحبل= 16 + 0.94
- القوة التي تسحب بها الطالبة الثانية الحبل= 16.94 نيوتن.
يمتلك أحمد سيارة كتلتها 1000 كغ، وعند نفاذ الوقود منها؛ قام بدفعها لإيصالها إلى محطة الوقود، مما أدى إلى تسارع السيارة بمقدار 0.05 م/ث2، فما مقدار القوة التي أثر بها أحمد على السيارة؟
- القوة= الكتلة × التسارع
- القوة= 1000 × 0.05
- القوة= 50 نيوتن
على ماذا يعتمد تسارع أي جسم؟
حسب القانون الثاني لنيوتن فإن تسارع أي جسم يعتمد على عاملين؛ هما كتلة الجسم، ومقدار القوة المطبقة عليه.
دفع محمد عربة كتلتها 40 كغ فتسارعت بمقدار 2 م/ث2 باتجاه اليمين، على أرض مستقيمة وملساء، فما مقدار القوة المؤثرة في العربة وما هو اتجاهها؟
- القوة= الكتلة × التسارع
- القوة= 40 × 2
- القوة= 80 نيوتن باتجاه اليمين
إذا سحب صندوق يحتوي على مكعبات صغيرة على أرض أفقية ملساء، بواسطة حبل أفقي قوة الشد فيه تساوي 2.4 نيوتن فتحرك الصندوق بتسارع مقداره 1.2 م/ث2، فما كتلة الصندوق والمكعبات معًا؟
القوة= الكتلة × التسارع
2.4= الكتلة × 1.2
الكتلة = 2.4/ 1.2
الكتلة= 2 كغ
إذًا كتلة الصندوق والمكعبات معًا= 2 كغ
في المثال السابق؛ إذا سقطت من الصندوق بضع مكعبات أثناء الحركة كتلتها 0.4 كغ، فكم يصبح تسارع الصندوق؟
عند سقوط بضع مكعبات أثناء الحركة كتلتها 0.4 كغ، يصبح الحل كالآتي:
القوة= الكتلة × التسارع
القوة= (كتلة الصندوق والمكعبات - كتلة المكعبات التي نقصت) × التسارع
2.4= (2 - 0.4) × التسارع
2.4= 1.6 × التسارع
التسارع= 2.4/1.6
التسارع= 1.5 م/ث2
المراجع
- ^ أ ب "What is Newton's second law?", khanacademy, Retrieved 23/9/2021. Edited.
- ↑ "Newton's Second Law Of Motion", byjus, Retrieved 23/9/2021. Edited.
- ↑ "Newton's laws of motion", britannica, Retrieved 23/9/2021. Edited.
