قوانين نيوتن للحركة
الأسس الرياضية التي فسرت حركة الأجسام والقوى المتبادلة في الميكانيكا الكلاسيكية.
الأجسام لا تحتاج إلى قوة مستمرة لكي تظل متحركة
دحض جاليليو ونيوتن الفكرة القديمة القائلة بأن السكون هو الحالة الطبيعية الوحيدة.
ساد الاعتقاد منذ أرسطو بأن استمرار حركة أي جسم يتطلب بقاء قوة تدفعه.
بدون قوى معوقة كقوة الاحتكاك، تستمر حركة الجسم المنتظمة إلى الأبد.
القصور الذاتي يحفظ حالة الجسم ما لم تعيقه قوة
يبقى الجسم على حالته من السكون أو الحركة المنتظمة ما لم تؤثر عليه قوة محصلة خارجية.
الكتلة تمثل مقياس ممانعة الجسم لأي تغيير في حركته
اندفاع الركاب
استمرار الركاب في الحركة عند الفرملة ناتج عن القصور الذاتي، وحزام الأمان يمثل القوة الخارجية.
الشاحنة والدراجة
صعوبة إيقاف شاحنة مقارنة بدراجة تسير بنفس السرعة تعود لضخامة كتلتها المانعة للتغير.
الكتاب المتزن
قوة الجاذبية لأسفل تعادل قوة دفع الطاولة لأعلى، فتكون القوة المحصلة صفراً ويبقى ساكناً.
كلما زادت كتلة الجسم زادت صعوبة تحريكه أو إيقافه.
اختبر فهمك للقانون الأول
ما هو مقياس القصور الذاتي للجسم بحسب القانون الأول؟
الكتلة هي المقياس المباشر لمقدار ممانعة الجسم لتغيير حالته الحركية.
التسارع يتناسب طردياً مع القوة وعكسياً مع الكتلة
يحدد القانون الثاني كيفية تغير سرعة الأجسام عند تأثرها بقوة محصلة غير متزنة.
مضاعفة القوة المطبقة على الجسم تضاعف تسارعه في نفس اتجاه القوة.
مضاعفة كتلة الجسم تحت نفس القوة تقلل تسارعه إلى النصف.
كتلة العربة تتحكم في تسارعها عند ثبات قوة الدفع
أثر تطبيق قوة ثابتة مقدارها 20 نيوتن على عربة تسوق عند اختلاف كتلتها:
| حالة العربة | الكتلة | القوة المؤثرة | التسارع الناتج |
|---|---|---|---|
| عربة تسوق فارغة | 10 كيلوجرامات | 20 نيوتن | 2 متر في الثانية المربعة |
| عربة تسوق ممتلئة | 40 كيلوجراماً | 20 نيوتن | 0.5 متر في الثانية المربعة |
القانون الأول يمثل حالة خاصة تنعدم فيها القوة
عندما تنعدم القوة المحصلة يصبح التسارع صفراً وتستمر السرعة دون تغيير:
القوى توجد دوماً في أزواج متبادلة ومتعاكسة
لكل قوة فعل قوة رد فعل مساوية لها في المقدار ومعاكسة لها في الاتجاه.
لا توجد في الطبيعة قوة مفردة معزولة تؤثر من طرف واحد.
لا تلغي القوتان بعضهما لأنهما لا تؤثران أبداً على نفس الجسم.
تحقق من فهمك للتأثير المتبادل
لماذا لا تلغي قوتا الفعل ورد الفعل إحداهما الأخرى وفق القانون الثالث؟
القوتان تؤثران على جسمين منفصلين، فلا يمكن جمعهما كمحصلة تلغي أحدهما الأخرى على جسم واحد.
رد الفعل يدفع الأجسام في اتجاه معاكس لقوة الدفع
ظواهر واقعية تبين مبدأ الفعل ورد الفعل في ظروف مختلفة:
انطلاق الصاروخ
جاذبية التفاحة والأرض
قوانين نيوتن تبني النموذج الكامل لحركة الأجسام
القانون الأول يحدد شرط تغيير الحركة بوجود قوة محصلة تتغلب على القصور الذاتي المرتبط بالكتلة.
القانون الثاني يحسب معدل تغير السرعة بربط التسارع طردياً بالقوة وعكسياً مع الكتلة.
القانون الثالث يفسر منشأ القوى باعتبارها تفاعلاً مزدوجاً بين جسمين مختلفين لا يلغي أحدهما الآخر.