ما هو القانون الثاني لنيوتن؟

يعد قانون نيوتن الثاني (بالإنجليزية: Newton's Second Law) أحد قوانين نيوتن الفيزيائية الثلاثة للحركة، وينص 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، فإذا تساوت القوة المؤثرة على جسمين مختلفين، فإن الجسم الأثقل سوف يكتسب تسارعًا أقل من الجسم الأخف.[١]


الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني 

فيما يأتي الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني للحركة:[٢][٣]


  • القوة= التسارع × الكتلة، وبالرموز: ق= ت× ك، وبالرموز الإنجليزية: F= ma.


حيث تقاس:

  • القوة بوحدة نيوتن.
  • التسارع بوحدة متر/ثانية2.
  • الكتلة بوحدة كيلوغرام.


أمثلة على قانون نيوتن الثاني للحركة

فيما يأتي بعض الأمثلة التي توضح كيفية استخدام قانون نيوتن الثاني للحركة:


السؤال:

أثرت قوة مقدارها 4 نيوتن على جسم كتلته 1.2 كيلوغرام فأكسبته تسارعًا باتجاه اليمين، فما مقدار تسارع الجسم؟[٤]

الحل:

نضع الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني للحركة:

القوة= التسارع×الكتلة

نعوض القيم المعروفة في القانون: 4 = التسارع × 1.2

نقسم على قيمة الكتلة لنحصل على مقدار التسارع:

التسارع= 4/1.2 = 3.3 م/ث2




السؤال:
  • تؤثر قوتان على حصان، إحداهما بقوة 30 نيوتن إلى اليمين، والأخرى بقوة 20 نيوتن إلى اليسار، فإذا كانت كتلة الحصان تساوي 380 كيلوغرامًا، فما مقدار التسارع الذي يكتسبه؟[٣]
الحل:

أولًا نجد محصلة القوى، ونفرض أن الاتجاه الأيمن هو الاتجاه الموجب:

القوة المحصلة المؤثرة على الحصان = 30-20 = 10 نيوتن باتجاه اليمين

نضع قانون نيوتن الثاني:

  • القوة = التسارع × الكتلة
  • نعوض القيم المعروفة في القانون:
  • 10= التسارع×380
  • التسارع= 10/380 = 0.026 م/ث2 



السؤال:

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]

الحل:

نجد محصلة القوة المؤثرة في الكتلة:

  • القوة المحصلة= 20-30 = -10 نيوتن. 

نضع قانون نيوتن الثاني:

  • القوة= التسارع×الكتلة
  • نعوض القيم المعروفة في القانون:
  •  -10= التسارع × 2
  •  التسارع= -10/2 = -5 م/ث2 (الإشارة السالبة تعني أن الجسم يتباطأ) 



تطبيقات عملية على قانون نيوتن الثاني للحركة

هناك العديد من التطبيقات العملية في الحياة اليومية، والتي يمكن فهمها من خلال تعلم وفهم الصيغة العامة لقانون نيوتن الثاني للحركة، ومن هذه التطبيقات ما يأتي:

  • قيادة الدراجة: عند ركوب الدراجة، فإن الدراجة تكون هي الكتلة التي تتأثر بالقوة التي تنشأ من ضغط عضلات الساقين على دواساتها، ممّا يُكسبها تسارعًا يغيّر من حالتها الحركية، ويزيد من سرعتها، أو يبطئها حسب مقدار القوة المطبّقة على الدواسات.[٥]
  • دفع سيارة وحافلة: عند محاولة دفع سيارة، ودفع حافلة بنفس مقدار القوة، فإن تسارع السيارة يكون أكبر من تسارع الحافلة؛ نظرًا لأن كتلة السيارة أقل من كتلة الحافلة، وذلك لأن تسارع الجسم يتناسب عكسيًا مع كتلته.[٢]

المراجع

  1. ↑ "Newton’s Laws of Motion", grc.nasa, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  2. ^ أ ب "Mathematical Formulation Of Second Law Of Motion", byjus, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  3. ^ أ ب ت "Newton's Second Law Of Motion", byjus, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  4. ↑ "What is Newton's second law?", khanacademy, Retrieved 30/6/2021. Edited.
  5. ↑ "Science Experiment: Newton's Second Law of Motion", indypl, Retrieved 30/6/2021. Edited.