القانون الأول في الحركة لنيوتن

القوة: هي كل ما يؤثر في الأجسام فيغير من أشكالها وحالتهاالحركية. ويرمز إليها بالرمز(F)

وتقاس بوحدة (N) نيوتن حسب النظام الدولي للوحدات القياس.

  كما ألاحظ الشكل المتحرك المقابل الذي يمثل التأثير بقوة ( F=12N)

  القوة كمية فيزيائية متجهة لها مقدار واتجاه حيث تمثل القوة بسهم  يتناسب طوله مع

مقدار القوة  التي يمثلها وفق مقياس رسم مناسب، ويدل اتجاه السهم على اتجاه تأثير

القوة أو خط عملها.

مخطط الجسم الحر

يستخدم نموذج الجسيم النقطي في تمثيل الجسم  بنقطة  ثم

تمثل كل  قوة  خارجية  مؤثرة  في الجسم بسهم يتناسب طوله

مع مقدار القوة ، ويشير إلى اتجاه تأثيرها.

ويطلق على الجسم الذي ندرس تأثير القوة  فيه  اسم النظام يبين

الشكل مخطط الجسم الحر لكتاب (نظام)  يتزن  على يد طالب ؛ إذ

يتأثر كتاب بقوتين، هما: قوة دفع اليد للكتاب إلى أعلى، وقوة جذب

الأرض لكتاب إلى الأسفل.

  ويبين الشكل 2 المجاور المخطط الحر لصندوق يتم سحبه بقوة

  نحو اليمين على سطح أفقي أملس.

     الشكل2: مخطط الجسم  الحر  لصندوق  يسحب  بقوة  على سطح أفقي

القانون الأول في الحركة لنيوتن.

ارتبطت القوة بالحركة على مر العصور، وقد اعتقد العلماء زمن أرسطو أن الحالة الطبيعية للأجسام هي

السكون، وانا القوة ضرورية  لتحريك جسم ما، وأنه يجب أن تؤثر قوة  في الجسم باستمرار لكي يظل متحركا 

وعند زوال هذه القوة يتوقف  الجسم عن الحركة.

ولقد ظل هذا الاعتقاد سائدا حتى بداية القرن السابع عشر للميلاد اذ جاء  عالم جاليليو  مصححا  أفكار

العلماء السابقين، واقترح أن  الحركة بسرعة متجهة ثابتة  هي حالة  طبيعية للأجسام مثل  حالة  السكون. 

وأن كرة ملساء تتحرك بسرعة متجهة ثابتة  على مستوى أفقي أملس تستمر في حركتها بسرعة متجهة 

ثابتة  في حالة انعدام قوة الاحتكاك. يبين الشكل كتابا ساكنا  على سطح طاولة أفقي،  يتأثر الكتاب  بقوتين

متساويتين مقدارا ،ومتعاكستين اتجاها ، هما :وزنه إلى الأسفل وقوة دفع سطح الطاولة إلى أعلى، وبذلك

تكون محصلتهما صفرا . وهذا يعني أن الكتاب في حالة اتزان سكوني،  وأنه يظل ساكنا ما لم تؤثر فيه قوة

إضافية  تحركه  إلى موقع آخر.

وفي الشكل المقابل إذا تحرك جسم بسرعة ثابتة مقدارا  واتجاها  فإن القوة المحصلة  المؤثرة  فيه تساوي صفرا ، مما يعني أنه في حالة اتزان ديناميكي، ومثال ذلك حركة   سيارة تسير  بسرعة  متجهة ثابتة على طريق أفقي

يمكن تفسير كثير من المشاهدات اليومية  اعتمادا على القصور الذاتي:

مثل اندفاع السائق والطلبة الى الأمام عند  توقف حافلة  المدرسة  فجأة، أو 

ميلهم إلى  اليمين أو  اليسار عند تغيير اتجاه حركتها. واندفاع الصناديق المحملة

على  شاحنة إلى الخلف  أو إلى الأمام عند انطلاقها بتسارع الى الأمام أو  التوقف

المفاجئ.  لذا يلزم قانون السير السائقين والركاب باستخدام  أحزمة الأمان  ويوجب

على سائقي الشاحنات ربط بضائع شاحناتهم  حفاظا على حياة  المواطنين.

  في  الشكل المجاور  مشهد يبين  خطورة ركوب الشخص في الصندوق الخلفي

 لقلاب. الشخص والقلاب لهما السرعة نفسها،وعند وقوف القلاب شكل مفاجئ

يحافظ الشخص على سرعته وفق قانون القصور  الذاتي،مما يسبب  مغادرة

 الشخص القلاب نحو الأمام  وهذا يشكل  خطورة مباشرة، كما هو واضح في

 المشهد  المتحرك المجاور.       

 ويبين الشكل ما يحدث عند اصطدام الشاحنة بالحاجز ، اذ أنه يؤثر فيها بقوة ، ويغير سرعتها المتجهة 

في حين يندفع السلم الى الامام نفسها قبل التصادم بسبب قصوره الذاتي و عدم تثبيته بالشاحنة. 

وهذا يوضح اهمية تثبيت  الحموله جيدا على المركبات.

أفكر صفحة  87 في  الشكل تظل أطباق السفره ثابتة على سطح الطاولة 

عند سحب المفرش أفقيا  من أسفلها بسرعة  كبيرة. أفسر ذلك.

  لأن المفرش أثرت فيه قوة سحب  فحركته أما الأطباق تبقى ساكنة

بسبب قصورها الذاتي.

مثال 1:

يتزن صندوق كتلته (20Kg) على سطح  أفقي تحت تاثير أربع قوى مستوية ومتلاقية كما  في الشكل الذي يبين مخطط الجسم الحر للصندوق.جد:

أ.  مقدار القوة المحصلة المؤثرة في الصندوق محددا اتجاهها. ب. مقدار القوة ( F₃) .

المعطيات : $(F_1 = 100 N, 37°) , ( F_2 = 140 N, 90°) , ( F{4 }_{} = 200 N, 270°)$

المطلوب: $\sum _{}F=? , F_3=?$

الصندوق متزن لدي محصله المؤثره فيه تساوي صفرا

$\sum _{}F=0$

القوه F₃ في اتجاه المحور (x-) لذا لايجاد مقدارها نجد مجموع مركبات

القوى في اتجاه المحور x ونساويها بالصفر لأن الصندوق متزن.

         $$\begin{gathered} \sum F_x = {F_{1x}}_{} + {F_{2x}}_{} + {F_{3x}}_{} + F_{{4x}_{}} = 0 \\ F_1 \cos {\theta }_1 + F_2 \cos {\theta }_2 + F_3 \cos {\theta }_3 + F_4 \cos {\theta }_4 = 0 \\ 100 N \times \cos 37° + 140 N \times \cos 90° + F_3 \times \cos 180° + 200 N \times \cos 270° = 0 \\ 100 \times 0.8 + 140 N \times 0 + F3 \times -1 + 200 N \times 0 = 0 \\ 80 N + 0 - F_3 + 0 = 0 \\ F_3 = 80 N \end{gathered}$$
      أي أن:                                                                                                                 $F_3= 80N, {180}^{\circ }$  

 تمرين صفحة 88:

يمثل الشكل مخطط الجسم الحر لدمية متزنة ، يؤثر فيها ثلاث قوى في الاتجاهات المبينة في الشكل.

 أجد مقدار القوة F₂

الحل: بما أن الدمية متزنة ، اذن  فان محصلة القوى المؤثرة فيها تساوي صفرا.

$$\begin{gathered} \sum F_x = {F_{1x}}_{ } + {F_{{2x}_{ }}}_{ } + {F_{3x}}_{ } = 0 \\ F_1 \cos {\theta }_1 + F_2 \cos {{\theta }_{2 }}_{} + F_3 \cos {\theta }_3 = 0 \\ 36 N \times \cos 37˚ + F_2 \times \cos 127˚ + 60 N \times \cos 270˚ = 0 \\ 36 N \times 0.8 + F_2 \times (- \cos 53˚) + F3 \times 0 = 0 \\ 28.8 N – F_2 \times 0.6 + 0 = 0 \\ F_2 = 48 N \Rightarrow F_2 = 48 N, 127˚ \end{gathered}$$