بحث عن قوانين نيوتن للحركة

نظرة حول قوانين نيوتن

تشكّل قوانين نيوتن الثلاث للحركة أساس ما يعرف بالميكانيكا الكلاسيكية، وهي المتعلقة بدراسة الأجسام الضخمة خلافاً لميكانيكا الكم التي تختص بدراسة الأجسام الصغيرة، كما تتعلق بدراسة الأجسام التي تتحرك بشكل أبطأ من الأجسام عالية السرعة التي تختص الميكانيكا النسبية في دراستها، وهي تصف بشكل عام حركة الأجسام الضخمة وكيفية تفاعلها مع بعضها، وهذه القوانين هي:^[١]

قانون نيوتن الأول

ينص قانون نيوتن الأول للحركة على أنّ "الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى في حالة حركة ما لم يتم التأثير عليه بواسطة قوة خارجية"؛ وهذا يعني أنّ الأجسام لا يمكن لها أن تبدأ الحركة، أو أن تتوقف، أو أن تغيّر من اتجاهها من تلقاء نفسها، وإنما يتطلب ذلك التأثير عليها بقوة من الخارج لإحداث ذلك التغيير، ويُطلق على هذه خاصية الأجسام الضخمة هذه لمقاومة التغيير في حالتها الحركية اسم القصور الذاتي (بالإنجليزية: Inertia)؛ لذلك يعرف قانون نيوتن الأول عادة باسم قانون القصور الذاتي (بالإنجليزية: Law of Inertia).^[١]

وفق قانون نيوتن الأول، فإنّ محصلة القوة المؤثّرة على الجسم تساوي القيمة صفر في حالتين اثنتين هما: إما أن يكون الجسم ساكناً، أو أنه يتحرك بسرعة ثابتة.^[٢]

قانون نيوتن الثاني

يصف قانون نيوتن الثاني للحركة سلوك الأجسام عند التأثير عليها بقوة خارجية، وهو ينص على أنّ: "القوة المؤثرة على جسم ما تساوي حاصل ضرب كتلة ذلك الجسم في تسارعه"، ويعبّر عنه بالصيغة الرياضية الآتية: القوة= الكتلة×التسارع، F = ma، وتجدر الإشارة هنا إلى أن كلاً من القوة والتسارع تعتبر كميات متجهة، ممّا يعني أنّ لها مقداراً واتجاهاً.^[١]

وفق قانون نيوتن الثاني فإن تسارع الجسم يتناسب طردياً مع مقدار القوة الكلية المؤثرة عليه، ويكون اتجاهه مماثلاً لاتجاه تأثير هذه القوة، وهو وفي الوقت نفسه يتناسب عكسياً مع كتلة الجسم.^[٣]

قانون نيوتن الثالث

ينص قانون نيوتن الثالث للحركة على أنّ: "لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه"، وهو يصف ما يحدث للجسم عندما يمارس قوة على جسم آخر، إذ تحدث القوى في الطبيعة دائماً على شكل أزواج؛ فعندما يندفع أحد الأجسام تجاه الآخر، فإن الجسم الثاني سيدفع الجسم الأول بنفس القوة وباتجاه معاكس لها.^[١]

فمثلاً لو كان هناك جسمان A ،B، ولنفترض أن الجسم A يؤثر بقوة مقدارها FA على الجسم B، فإن الجسم B في المقابل سيؤثر على الجسم A بقوة مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه للقوة FA، ولنفترض أنها FB، ويمكن تمثيل ذلك رياضياً على النحو الآتي:^[٤]

• FA = -FB.
• FB+FA = 0.

أمثلة حول قوانين نيوتن

من الأمثلة من حولنا على قوانين نيوتن الثلاث للحركة ما يلي:

• يتم سحب أحد المصاعد إلى الأعلى بسرعة ثابتة بقوة عبر الكابل المتصل به من الأعلى، وفي أثناء حركته، فإن هذا المصعد تؤثر عليه قوتان خارجيتان هما: قوة السحب للأعلى، وقوة الجاذبية للأسفل، ولأن المصعد يتحرك بسرعة ثابتة، فهذا يعني أن محصلة القوة المؤثرة عليه هي صفر وفقاً لقانون نيوتن الأول؛ أي أنّ: قوة السحب = قوة الجاذبية.^[٢]
• من الأمثلة على قانون نيوتن الثالث هو أنه عند وضع كتاب على طاولة، فإن الكتاب سيؤثر بقوة نحو الأسفل على الطاولة تساوي وزنه في مقدارها، ووفقاً لقانون نيوتن الثالث للحركة، فإن الطاولة ستؤثر عليه بقوة مساوية للقوة المؤثرة عليه من الكتاب، ومعاكسة في اتجاهها لها.^[٣]
• من الأمثلة على قانون نيوتن الثالث أيضاً هو عند ارتطامك بالجدار بقوة، فإن الجدار سيؤثر على جسدك بنفس القدر من هذه القوة.^[٣]
• عند وضع كرة على الطاولة، فإنها لن تبدأ في التدحرج أو السقوط من الطاولة ما لم تؤثر عليها قوة تسبب ذلك، ولكن وفي المقابل، فإن التأثير على الكرة بقوة سيسبب تحرجها على الطاولة، وهذا التدحرج لن يستمر إلى الأبد، وإنما ستتوقف الكرة في النهاية بسبب وجود قوة الاحتكاك التي تعارض استمرار حركتها، وذلك وفقاً لقانون نيوتن الأول.^[٥]
• من الأمثلة على قانون نيوتن الثاني هو أنه عند تدحرج كرة إلى أسفل التل، فإن الجميع سيلاحظ أن الكرة تتسارع؛ لأن اتجاه حركتها يكون بنفس اتجاه تأثير قوة الجاذبية عليها، وفي المقابل عند تدحرج الكرة لأعلى التل، فإن قوة الجاذبية ستؤثر عليها في الاتجاه المعاكس لحركتها؛ مما يؤدي إلى تباطئها مع مرور الوقت.^[٥]