مفهومُ القوَّةِ Force
- الأجسامَ تُصنَّفُ منْ حيثُ حالتُها الحركيَّةُ إلى أجسامٍ ساكنةٍ وأجسامٍ متحرِّكةٍ.
- تُعرَّفُ القوّةُ Force بأنَّها مؤثِّرٌ خارجيٌّ يؤثِّرُ في جسمٍ ما فيُغيِّرُ منْ حالتِهِ الحركِيَّةِ ، أوْ شكلِهِ، أوِ الاثنينِ معًا.
- تُعَدُّ القوّةُ كمّيّةً فيزيائيّةً متَجهةً تُحَدَّدُ بمقدارٍ واتجاهٍ، وتُمَثَّلُ القوَّةُ بقطعةٍ مستقيمةٍ يتناسبُ طولُها معَ مقدارِ القوّةِ، معَ وَضْعِ سهمٍ على إحدى نِهايَتَيِ القطعةِ المستقيمةِ ليدلَّ على الاتِّجاهِ . يُرمَزُ إلى القوّةِ بالرمزِ (F)، وتُقاسُ في النظامِ الدوليِّ للوحداتِ بوحدةِ نيوتن (N).
- لتوضيحِ تمثيلِ القوَّةِ، انظر الشكل أدناه
- فبعدَ أنْ دفعَ الرجلُ العربةَ، رُسِمَ سهمٌ في اتّجاهِ اليسارِ، وبطولٍ محدَّدٍ لتمثيلِ تأثيرِ قوَّةِ الدفعِ، ولكنْ عندما أصبحَتِ العربةُ مليئةً بالأغراضِ، فإنَّ الرجلَ احتاجَ إلى التأثيرِ في العربةِ بقوَّةٍ أكبرَ؛ لذا مُثِّلَ تأثيرُ القوَّةِ برَسْمِ سهمٍ أطولَ.
أتحقَّقُ: ما وحدةُ قياسِ القوَّةِ في النظامِ الدوليِّ للوحداتِ؟
وحدة قياس القوة هي النيوتن (N)
القوُّةُ المُحَصّلَةُ Resultant Force
- عندما تؤثّرُ مجموعةٌ منَ القُوى في جسمٍ ما في وقتٍ واحدٍ، فإنَّهُ يمكنُ توحيدُها في قوَّةٍ واحدةٍ تُسَمّى القوَّةَ المُحَصّلَةَ Resultant Force، ويكونُ للقوّةِ المحصّلةِ التأثيرُ نفسُهُ الناتجُ منْ عدَّةِ قُوًى تؤِّثرُ في جسمٍ معًا، وتحدّدُ القوّةُ المحصّلةُ الحالةَ الحركيَّةَ للجسمِ.
- يعتمدُ إيجادُ القوّةِ المحصّلةِ على اتِّجاهِ القوى المؤثِّرةِ في الجسمِ.
- إذا أثَّرتْ قوَّتانِ متساويتانِ في المقدارِ ومتعاكِستانِ في الاتّجاهِ في جسمٍ فإنَّ القوّةَ المحصّلةَ (FR) تساوي صفرًا، وبذلكَ لا يحدثُ تغيُّرٌ في حالةِ الجسمِ الحركيَّةِ. كما يوضح الشكل أدناه
- أمّا إذا أثَّرَتْ هاتانِ القوَّتانِ في الجسمِ بالاتّجاهِ نفسِهِ فإنَّ القوَّةَ المحصّلةَ (FR) تساوي مجموعَهُما وبالاتِّجاهِ نفسِهِ؛ لذا يتحرَّكُ الجسمُ باتِّجاهِ اليمينِ كما في الشكلُ أدناه
- أمّا إذا كانتِ القوَّتانِ مُتعاكِسَتَيْنِ في الاتّجاهِ وغيرَ مُتساوِيتَيْنِ في المقدار فإنَّ اتِّجاهَ القوّةِ المحصّلةِ (FR) يكونُ في اتِّجاهِ القوّةِ الكبرى منهُما. أمّا مقدارُ القوّةِ المحصّلةِ فيساوي ناتجَ الفرقِ بينَ مقدارِ كلٍّ منَ القوَّتينِ، فيتحرَّكُ الجسمُ باتّجاهِ اليمينِ، كما يوضح الشكلُ أدناه.
القوى المتَّزنِةُ والقوى غيرُ المُتّزِنَةِ Balanced Forces and Unbalanced Forces
- القوًى متزنة Balanced Forces تُعرَّفُ بأنَّها مجموعةُ القوى التي تؤثِّرُ في جسمٍ ما منْ دونِ أنْ تُحْدِثَ تغيُّرًا في حالتِهِ الحركيَّةِ، فإذا كانَ الجسمُ ساكنًا فإنَّه يبقى ساكنًا، وإنْ كانَ متحرِّكًا بسرعةٍ ثابتةٍ في خطٍّ مستقيمٍ فإنَّهُ يظلُّ محافظًا على حالتِهِ الحركيةِ نفسِها.
- القوًى غيرَ متَّزِنَةٍ Unbalanced Forces هي مجموعةُ القوى التي تؤثِّرُ في جسمٍ ما والقوة المحصلة لها لا تساوي صفرا .
أتحقَّقُ: ما مقدارُ القوَّةِ المحصِّلةِ للقوى المتَّزِنَةِ؟
القوة المحصلة تساوي صفرا
أفكر: إذا كانَ أحدُ الأجسامِ ساكنًا، فهلْ يعني ذلكَ عدمَ وجودِ قوى تُؤثِّرُ فيهِ؟
لا ، بل توجد قوى تؤثر عليه ولكن محصلتها تساوي صفرا أي لا تؤثر في حالته الحركية
تجربة : القوى المتَّزِنَةُ والقوى غيرُ المتَّزِنَةِ
الموادُّ والأدواتُ: كرةٌ مربوطةٌ بخيطٍ.
إرشاداتُ السلامةِ: أنتبهُ إلى مكانِ سقوطِ الكرة؛ لكيلا تسقطَ على قدمي.
خطواتُ العملِ:
1. أجرِّبُ: أمسكُ الطرفَ الحرَّ للخيطِ مُراعيًا أنْ تكونَ الكرةُ معلَّقةً في الهواءِ.
2. أرسمُ رسمًا تخطيطيًّا يُوضِّحُ القوى المؤثِّرةَ في الكرةِ.
3. ألاحظُ: ماذا يحدثُ حينَ أفلتُ الخيطَ؟ أُدوِّنُ ملاحظتي.
التحليلُ والاستنتاجُ:
1. أفسِّرُ: لماذا كانتِ الكرةُ ساكنةً وهيَ معلَّقةٌ بالخيطِ؟ ولماذا سقطتْ نحوَ الأرضِ عندَ إفلات الخيطِ؟
عند تعليق الكرة كانت الكرة تتعرض لقوى متزنة وعند قطع الكرة ، أصبحت القوى المؤثرة غير متزنة ومقدار القوة المحصلة هي الوزن ؛ فتحركت الكرة نحو الأسفل.
2. أستنتجُ: ماذا تُسمّى القوى التي تؤثِّرُ في الكرةِ المعلَّقةِ بالخيطِ في الهواءِ في الحالتينِ؟
كانت القوى المؤثرة في الكرة وهي معلقة قوى متزنة، وعند قطع الخيط أصبحت القوى غير متزنة
مثال 3
أتأمَّلُ الصورةَ الآتيةَ، ثمَّ أحسبُ القوَّةَ المُحصّلةَ (FR )، وأُحدِّدُ اتجاهَها واصفًا القوى المؤثِّرةَ في الجسمِ.
الحلُّ:
FR = F1 - F2
= 400 - 300
= 100N
القوّةُ المحصّلَةُ ( 100N ) نحوَ اليمينِ.
- بما أنَّ القوّةُ المحصّلَةُ لا تساوي صِفْرًا؛ ما يعني أنَّ القوى المؤثِّرةَ هيَ قوًى غيرُ متَّزِنَةٍ.