قانون قوة الشد

تعريف قوة الشد

تؤثر الأشياء المادية بقوة مختلفة على بعضها البعض خاصة عند اتصالها، وتختلف مسمياتها بنوع الاتصال فقوة الشد هي القوة الناتجة عن اتصال كتلة ما بحبل أو كيبل أو سلسلة، حيث تنقل الحبال والكابلات القوة بكفاءة على مسافة كبيرة (على سبيل المثال، طول الحبل)، على سبيل المثال، يمكن سحب زلاجة بواسطة كلاب الهسكي باستخدام الحبال؛ مما يتيح للكلاب الركض بمدى أكبر من الحركة مقارنة بمطالبة كلاب الهاسكي بدفع الزلاجة من الخلف باستخدام القوة العادية.^[١][٢]

قانون قوة الشد

لا يوجد قانون خاص بقوة الشد يمكن استخدامه، ولإيجاد قوة الشد نستخدم نفس الاستراتيجية التي نستخدمها لإيجاد القوة العمودية، أي أننا نستخدم قانون نيوتن الثاني لرسم القوة المؤثرة على الجسم، وإيجاد القوة باستخدام قانون نيوتن الثاني، ويمكن كتابة خطوات إيجاد قوة الشد كالآتي:^[١][٢]

1. ارسم القوى جميع القوة المؤثرة على الجسم.
2. اكتب قانون نيوتن الثاني: ، للاتجاه الذي يتم توجيه قوة الشد فيه، حيث إن: a: التسارع، ΣF: القوى المؤثرة على الجسم، m: الكتلة.
3. قم بحل التوتر باستخدام قانون نيوتن الثاني.

أمثلة على قانون الشد

فيما يلي عدة أمثلة توضيحية تساعدك على فهم خطوات الحل لإيجاد قوة الشد باستخدام قانون نيوتن الثاني:^[١][٣]

مثال 1: شد صندوق بواسطة حبل يميل بزاوية

يتم سحب صندوق كتلته 2.0 كغ عبر طاولة عديمة الاحتكاك بواسطة حبل بزاوية ثيتا (θ = 60)، يتسبب الشد في الحبل في انزلاق الصندوق عبر الطاولة إلى اليمين بتسارع يساوي 3 متر/ ثانية^2.

الحل:

أولاً نرسم مخطط القوة لجميع القوى المؤثرة في الصندوق، وتكون كالآتي:

• الوزن واتجاهه للأسفل.
• القوة العمودية واتجاهها لأعلى.
• قوة الشد واتجاهها لليمين مائلة بزاوية ثيتا (θ = 60).

الآن نستخدم قانون نيوتن الثاني، وبما أن قوة الشد مائلة عن المحور، تُحلل إلى مركبتين؛ أفقية وعمودية، وبما أننا نعرف أن اتجاه التسارع أفقي، وأن قوة الشد هو القوة الوحيدة الموجهة أفقيًا، فسنستخدم قانون نيوتن الثاني في الاتجاه الأفقي.

 (استخدمنا قانون نيوتن الثاني في الاتجاه الأفقي فقط).

وبالتعويض بقيم التسارع (a) والكتلة (m)، نحصل على:

 (T: قوة الشد)

وبترتيب المعادلة، نحصل على:



وبحل المعادلة أعلاه، تساوي قوة الشد (T) 12 نيوتن.

مثال 2: كتلة تتدلى من حبل

تتدلى كتلة 10 كجم من حبل، ما مقدار قوة الشد التي تؤثر عليها إذا كان تسارعها صفر.

الحل:

أولاً نرسم مخطط القوة لجميع القوى المؤثرة في الصندوق، وتكون كالآتي:

• الوزن واتجاهه للأسفل ( ).
• قوة الشد واتجاهها لأعلى (T).

الآن نستخدم قانون نيوتن الثاني، وبما أن اتجاه قوة الشد لأعلى، ولا توجد قوى أفقية تؤثر على الكتلة، فسنستخدم قانون نيوتن الثاني في الاتجاه العمودي.

 (اعتبرنا أن الاتجاه العلوي هو الاتجاه الموجب؛ لذلك كان قوة الشد موجبة الإشارة، أما الوزن فاتجاهه لأسفل؛ فكان سالب الإشارة)

وبتبسيط المعادلة نحصل على:



والتي تساوي:

 (حيث إن g: تسارع الجاذبية الأرضية ويساوي 10 متر/ ثانية^2 تقريبًا)

وبالتعويض بالقيم نحصل على:

T = 108 N.