قوانين نيوتن للحركة

صباح الخير يا سارة. لو سألتك: لو إحنا زقينا عربية وفضلنا ماشيين وراها، وبعدين بطلنا نزقها، ليه بتقف بعد شوية؟

ده بالظبط اللي كان أرسطو والناس كلها فاكرينه لقرون طويلة! لحد ما جه جاليليو وإسحاق نيوتن، وأثبتوا إن الكلام ده غلط. العربية وقفت بسبب قوة الاحتكاك، ولو ما فيش احتكاك ولا أي قوة خارجية، العربية هتفضل ماشية للأبد من غير ما تحتاج أي زق!

تمامًا! وده اللي نشره نيوتن سنة ألف وستمية وسبعة وتمانين في كتابه المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية، وبقى أساس الميكانيكا الكلاسيكية للأجسام اللي بتتحرك بسرعات أقل بكتير من سرعة الضوء. وده هو القانون الأول لنيوتن، أو قانون القصور الذاتي.

القصور الذاتي هو مَيل الجسم لمقاومة أي تغيير في حالته الحركية. يعني الجسم الساكن عايز يفضل ساكن، والمتحرك بسرعة منتظمة عايز يفضل مكمّل في خط مستقيم، إلا لو أثَّرت عليه قوة محصلة خارجية تغير حالته. زي الكتاب المحطوط على الطاولة؛ بيتأثر بقوة الجاذبية لتحت وقوة دفع الطاولة لفوق، ومجموعهم صفر، عشان كده بيفضل ساكن مكانه.

نقطة ممتازة يا سارة، ودي غلطة شائعة جدًا! ما فيش أي قوة بتزق الركاب لقدام، الحقيقة إن أجسامنا كانت بتتحرك بنفس سرعة العربية، ولما العربية وقفت، أجسامنا كانت عايزة تستمر في حركتها بفعل القصور الذاتي، وحزام الأمان هو القوة الخارجية اللي بتوقفنا.

تعالي أسألك أنا السؤال ده: لو عندك شاحنة كبيرة ودراجة، والاتنين ماشيين بنفس السرعة، إيقاف مين فيهم أصعب، وإيه هو مقياس القصور الذاتي للجسم بحسب القانون الأول؟

إجابة نموذجية! كل ما تزيد الكُتلة بيزيد القصور الذاتي، وتزيد صعوبة تحريك الجسم أو إيقافه. ومن هنا ندخل على القانون الثاني لنيوتن اللي بيوصف إيه اللي بيحصل لما تأثر قوة محصلة على الجسم.

القانون بيقول إن تسارع الجسم بيتناسب طرديًا مع القوة المحصلة المؤثرة عليه، وعكسيًا مع كُتلته، وبيكون في نفس اتجاه القوة. وبنعبر عنه بالصيغة الرياضية: القوة تساوي الكُتلة في التسارع. ووحدة قياس القوة هي النيوتن، وهو القوة اللي تدي كُتلة مقدارها كيلوجرام واحد تسارع مقداره متر واحد في الثانية المربعة.

مظبوط! ولو ضاعفنا الكُتلة مع ثبات القوة، التسارع يقل للنص. وخلينا نختبر ده بمثال: لو عندنا عربة تسوّق فاضية كُتلتها عشرة كيلوجرامات، زقيناها بقوة عشرين نيوتن، تسارعها طلع اتنين متر في الثانية المربعة. لو مليناها لحد ما بقت كُتلتها أربعين كيلوجرامًا، وزقيناها بنفس القوة اللي هي عشرين نيوتن، تسارعها هيكون كام؟

هايل يا سارة! وعلى فكرة، القانون الأول بيعتبر حالة خاصة من القانون الثاني؛ لأن لما تكون القوة المحصلة صفر، التسارع بيكون صفر، والسرعة هتفضل ثابتة. ودلوقتي بقى نيجي للقانون الثالث لنيوتن.

تمام! لكل قوة فعل قوة رد فعل، مساوية لها في المقدار ومعاكسة لها في الاتجاه، وبتؤثر على جسمين مختلفين. زي ما بتدوسي برجلك على الأرض لورا وأنتِ ماشية، فالأرض تدفع رجلك لقدام، وده اللي بيخلي المشي على الجليد الأملس صعب. وزي دفع إيدك للحائط ورد فعل الحائط على إيدك، وارتداد المدفع للخلف لما الرصاصة تنطلق.

ده أهم سوء فهم في القانون الثالث! القوتين ما بيلغوش بعض أبدًا، لأنهم بيأثروا على جسمين مختلفين، مش على جسم واحد! يعني الصاروخ في الفضاء بيشتعل ويدفع الغازات لتحت، فالغازات هي اللي بتدفع الصاروخ لفوق، عشان كده الصاروخ بيتحرك حتى في فراغ الفضاء من غير ما يحتاج هواء.

طبعًا! التفاحة بتجذب الأرض بنفس القوة بالظبط اللي الأرض بتجذب بيها التفاحة! لكن لأن كُتلة الأرض هائلة وضخمة جدًا، تسارعها الناتج بيكون ضئيل جدًا جدًا لدرجة لا يمكن قياسها، بينما التفاحة كُتلتها صغيرة فتسارعها هو اللي بيظهر بوضوح وبتسقط بسرعة.

تلخيص رائع ومثالي يا سارة! دي بالظبط هي الفكرة الأساسية لقوانين نيوتن التلاتة للحركة. أحسنتِ جدًا!