شرح القانون الأول لنيوتن

نص قانون نيوتن الأول

ينص قانون نيوتن الأول (بالإنجليزية: Newton’s first law) على أن الجسم الساكن سيبقى ساكناً، والجسم المتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة سيبقى كذلك، ما لم يُجبر على تغيير حالته بفعل تأثير قوة خارجية عليه".^[١]

يُعرف ميل الجسم لمقاومة التغيرات في حالته الحركية "بالقصور الذاتي" (بالإنجليزية: Inertia)،^[٢] وغالبًا يُطلق على قانون نيوتن الأول اسم قانون القصور الذاتي؛ فبعض الأجسام أكثر صعوبة ومقاومة لتغيير حالتها الأجسام الأخرى؛ فتغيير الحالة الحركية لصخرة كبيرة يعتبر أكثر صعوبة من تغيير الحالة الحركية لكرة السلة مثلاً، وبشكل عام يُقاس القصور الذاتي لجسم من خلال كتلته؛ فكلما زادت كتلة الجسم، زادت صعوبة تحريكه.^[٢]

شرح قانون نيوتن الأول

يمكن تعريف القوة بأنها الدفع أو السحب المؤثر على جسم ما بواسطة جسم آخر، وهي تُقاس بوحدة نيوتن، وعند حساب القوة المحصلة المؤثرة على الجسم يجب أخذ جميع القوة المؤثرة عليه بعين الاعتبار؛ أي إضافتها معاً لحساب قيمتها مع مراعاة أنها قيم متجهة؛ أي أن القوة التي تؤثر باتجاه معين يجب أن تختلف في إشارتها عن القوة التي تؤثر على الجسم في الاتجاه المضاد لها.^[٢]

فمثلاً لو كانت هناك قوة مقدارها 45 نيوتن تدفع أحد الصناديق إلى جهة اليمين، وكانت هناك قوة أخرى قيمتها 30 نيوتن تدفع الصندوق نفسه إلى اليسار؛ فإن القوة المحصلة على هذا الصندوق هي: 45-30 = 15 نيوتن نحو اليمين؛ على اعتبار أن الجهة اليمنى موجبة، والجهة اليسرى هي السالبة، ووفق قانون نيوتن الأول إذا كانت محصلة القوة المؤثرة على جسم ما تساوي صفر، فإن تسارعه هو صفر بالضرورة، وذلك يعني أنه ساكن، أو أنه يتحرك بسرعة ثابتة،^[٢]

بطريقة أخرى يمكن التعبير عن ما سبق على أن الجسم المتسارع لا بد من وجود قوة محصلة تؤثر عليه، أما إذا كان الجسم غير متسارع فيجب أن تكون محصلة القوى المؤثرة عليه صفر.^[١]

وبشكل عام يمكننا تفسير قانون نيوتن الأول بأنه يحافظ على الوضع الحالي لحركة الجسم، فهو ينص على أن تغيير الحالة الحركية للجسم يجب أن يكون بسبب وهو التأثير بقوى خارجية عليه لتغيير سرعته، إما بتغيير قيمتها فقط أو اتجاهها أيضاً؛ أي أن محصلة القوة المؤثرة عليه تتغير قيمتها عن الصفر؛ فمثلاً يتباطأ الجسم المنزلق على الطاولة تدريجياً بسبب قوة الاحتكاك التي تؤثر عليه.^[٢]

وأخيراً يمكن التعبير عن قانون نيوتن الأول بكلمات بسيطة هي: لن يبدأ الجسم في التحرك حتى تؤثر عليه قوة خارجية، وبمجرد أن يبدأ بالحركة، فإنه لن يتوقف أو يغير سرعته حتى تؤثر عليه قوة ما مرة أخرى للتغيير من حالته الحركية.^[٣]

مثال على قانون نيوتن الأول

لنفترض أن هناك كتلة ساكنة تقع على سطح أملس، وبالتالي فإن القوى المؤثرة عليها في الاتجاه العمودي هي: قوة الجاذبية، وقوة رد الفعل الطبيعية من السطح، ولا توجد قوة تؤثر عليها في الاتجاه الأفقي، ولأن القوى المؤثرة عليها في الاتجاه العمودي متساوية في القيمة، ومتعاكسة في الاتجاه، فإنها تُلغي بعضها البعض، وبالتالي وفي المحصلة لا توجد قوة خارجية تؤثر على الكتلة في وضعها هذا؛ أي أن محصلة القوى المؤثرة عليها هي صفر، ولأن هذه الكتلة في حالة سكون، فإنها بذلك تؤكد قانون نيوتن الأول للحركة.^[٣]

وفي النهاية وعند التأثير بقوة ثابتة (F) على الكتلة في الاتجاه الأفقي، فإنها ستبدأ في التحرك مع اكتساب بعض التسارع في اتجاه القوة المطبقة، مما يؤكد أيضاً قانون نيوتن الأول للحركة.^[٣]