قوانين نيوتن في الحركة

قوانينُ نيوتن Newton's Laws

• أسهمَ العالِمُ إسحاق نيوتن في كثيرٍ منَ الاكتشافاتِ العلميّةِ، وتكريمًا له سُمِّيَتْ وحدةُ قياسِ القوَّةِ باسمِهِ.

 

• منْ أهمِّ إسهاماتِهِ توضيحُ العلاقةِ بينَ الحركةِ والقوّةِ؛ فقدْ وضعَ قوانينَ الحركةِ الثلاثَ التي تُبيِّنُ كيفَ تتأثَّرُ حركةُ الأجسامِ بالقوى المؤثِّرةِ فيها.

 

القانونُ الأوّلُ لنيوتن في الحركةِ  Newton's First Law of Motion

• نصَّ نيوتن في قانونِهِ الأوّلِ في الحركةِ على أنَّ الجسمَ الساكنَ يبقى ساكنًا، وأنَّ الجسمَ المتحرِّكَ بسرعةٍ ثابتةٍ مقدارًا واتجاهًا سيستمرُّ في حركتِهِ بسرعةٍ ثابتةٍ مقدارًا واتجاهًا ما لمْ تؤثِّرْ فيهِ قوًى غيرُ متَّزنَةٍ.
• أستنتجُ منْ هذا القانونِ أنَّهُ إذا كانتِ القوّةُ المحصّلة المؤثِّرةُ في جسمٍ تساوي صفرًا فإنَّهُ توجدُ حالتانِ: إمّا أنْ يكونَ الجسمُ ساكنًا، وإمّا أنْ يكونَ متحرِّكًا بسرعةٍ ثابتةٍ مقدارًا واتِّجاهًا.
• الأجسامُ الساكنةُ تبقى ساكنةً. فمثلً، إذا أردْنا أنْ نصفَ الحالةَ الحركيّةَ لكرةٍ موضوعةٍ على أرضيَّةِ الملعبِ فإنَّنا نقولُ: إنَّ الكرةَ ساكنةٌ، وهيَ لنْ تبدأَ بالحركةِ ما لمْ تؤثِّرْ فيها قوّةٌ محصلةٌ. فإذا دفَعَها اللّعِبُ فإنَّها تتحرَّكُ.

                                                                                     

 

• أمّا الأجسامُ المتحرِّكةُ فإنَّها تظلُّ متحرِّكةً بسرعةٍ ثابتةٍ مقدارًا واتجاهًا وأيُّ تغيُّرٍ يحدُثُ على هذهِ الأجسامِ منْ زيادةٍ في مقدارِ السرعةِ، أوْ نُقصانِهِ، أوْ تَغَيُّرٍ في اتجاهِها، يكونُ بتأثيرِ قوّةٍ خارجيّةٍ تؤثِّرُ في هذهِ الأجسامِ .
• إذا تخيَّلْتُ نفسي في الفضاءِ الخارجيِّ، ورَمَيْتُ جسمًا، فإنَّ هذا الجسمَ سوفَ يتحرَّكُ إلى الأبدِ بالسرعةِ نفسِها التي رمَيْتُهُ بها وبالاتِّجاهِ نفسِه. أمّا على سطحِ الأرضِ فتميلُ الأجسامُ عادةً إلى التوقُّفِ، ولا تظلُّ مُتحرِّكةً بالسرعةِ والاتّجاهِ نفسَيْهِما؛ لوجودِ قوّةِ الاحتكاكِ التي تُعَدُّ القوَّةَ الخارجيَّةَ التي تؤثِّرُ في الأجسامِ، وتؤدّي إلى تَوَقُّفِها أوْ تَغييرِ اتجاهِ حركتِها.
• إذا دُفِعَتْ كرةٌ على سطحِ الأرضِ فإنَّها ستَتَدَحْرَجُ، وبعدَ مُدَّةٍ تتوقَّفُ. ووفقًا للقانونِ الأوّلِ لنيوتن فلا بدَّ منْ وجودِ قوّةٍ أثَّرَتْ في الكرةِ، وأدَّتْ إلى توقُّفِها عنِ الحركةِ، وهذهِ القوَّةُ هيَ الاحتكاكُ؛ لذا ينبغي دَفْعُ الكرةِ بقوةٍ في اتجاهِ حركتِها للحفاظِ على حالتِها الحركيةِ.

 

أتامل الشكل : أوضِّحُ ما سيحدُثُ للسيّارةِ بناءً على تتابُعِ الأحداثِ في الشكلِ.

                   

عند التوقف المفاجيء للطاول بسبب وجود الحقيبة تبقى سرعة السيارة في الاتجاه نفسه، وهذا يؤدي إلى سقوط السيارة عن سطح الطاولة على الرغم من توقُّف الطاولة عن
الحركة.

 

القانونُ الثاني لنيوتن في الحركةِ  Newton's Second Law of Motion

• قانونُ  نيوتن الثاني يُوضِّحُ كيفَ تعملُ القوّةُ المحصّلةُ على تغييرِ حالةِ الجسمِ الحركيّةِ، كما في الشكلين (أ) و(ب)  أدناه .

​​​​​​​                                                             

• القوَّةَ المحصّلةَ المؤثِّرةَ في جسمٍ عندَما تكونُ أكبرَ فإنَّ مقدارَ التغيُّرِ في السرعةِ يكونُ أكبرَ في المدَّةِ الزمنيَّةِ نفسِها.

 

• أمّا إذا أثَّرتْ قوَّةُ المحصّلةُ نفسُها في كتلتيْنِ مختلفتينِ، فإنَّها ستُسَبِّبُ تغيُّرًا أكبرَ في مقدارِ سرعةِ أقلِّهِما كتلةً كما في الشكلين (أ) و(ج)  أدناه.

                                                                

• بناءً على ما سبق، يتبيَّنُ أنَّ مقدارَ التغيُّرِ في سرعةِ أيِّ جسمٍ يعتمدُ على كتلتِهِ، وعلى مقدارِ القوَّةِ المحصّلِةِ المؤثِّرةِ فيهِ.

 

 

أتحقَّقُ: ماذا يحدثُ لسرعةِ جسمٍ ما عندَ زيادةِ مقدارِ القوّةِ المحصّلةِ المُؤثِّرةِ فيهِ باتجاهِ سرعتِهِ؟
عند زيادة القوة المحصلة باتجاه سرعة الجسم تزداد سرعته.

 

القانونُ الثالثُ لنيوتن في الحركةِ  Newton's Third Law of Motion

• ينصُّ القانونُ الثالثُ لنيوتن في الحركةِ على أنَّهُ لكلِّ فعلٍ ردُّ فعلٍ مساوٍ لهُ في المقدارِ ومعاكسٌ له في الاتِّجاهِ.
• كثيرٌ منَ الظواهرِ في حياتِنا يمكنُ تفسيرُها عنْ طريقِ هذا القانونِ ؛ فإذا جلستُ على عربةٍ، ثمَّ دفعْتُ بقدَمَيَّ جدارًا، فماذاسيحدُثُ؟ سألاحظُ أنَّني سأرتدُّ إلى الخلفِ؛ لأنَّ الجدارَ أثَّرَ فِيَّ بقوَّةٍ مساويةٍ لقوَّةِ الدَّفْعِ التي أثَّرْتُ بها في الجدارِ،كما في الشكل أدناه .

                                                            

• وضَّحَ نيوتن في القانونِ الثالثِ طبيعةَ القوى التي تؤثِّرُ في الأجسامِ؛ فإذا أثَّرَ الجسمُ الأوّلُ ( m₁ ) في الجسمِ الثاني بقوَّةٍ ( F1₂) فإنَّ الجسمَ الثاني ( m₂ ) سيؤثِّرُ بقوَّةٍ ( F₂₁ ) في الجسمِ الأوَّلِ، وتكونُ هاتانِ القوَّتانِ متساويَتَيْنِ في المقدارِ ومُتَعاكسَتَيْنِ في الاتِّجاه. كما في الشكل ادناه .

​​​​​​​                                                

• أنَّ القوَّتَيْنِ تقعانِ على خطٍّ واحدٍ وتؤثِّرانِ في جسمَيْنِ مختلفِيْنِ. تُسمّى القوَّةُ ( F₁₂ ) الفِعْلَ Action، وتُسمّى القوَّةُ ( F₂₁ ) ردَّ الفِعْلِ Reaction ؛ لذلكَ يُسمّى هذا القانونُ قانونَ الفِعْلِ ورَدِّ الفِعْلِ. وهذا يعني أنَّهُ لا توجدُ قوًى مفردَةٌ في الطبيعةِ.

 

أتامل الشكل : يظهرُ في الشكلِ الآتي جزءٌ منْ مبنًى يتكوَّنُ منْ طابقَيْنِ، أُحدِّدُ قوَّتَيِ الفعلِ ورَدِّ الفعلِ في الأماكنِ المُشارِ إليها في الدائرةِ الصفراءِ.

                                 

الكتاب يؤثر في الطاولة بالفعل نحو الأسفل، والطاولة تؤثر فيه بردّ الفعل نحو الأعلى.
رِجل الطاولة تؤثر في الأرضية بالفعل نحو الأسفل، والأرضية تؤثر فيها برَدِّ الفعل نحو الأعلى.
الأرضية تؤثر في الجدار بالفعل نحو الأسفل، والجدار يؤثر فيها برَدِّ الفعل نحو الأعلى.
الجدار يؤثر في الأرض بالفعل نحو الأسفل،والأرض تؤثر فيه برَدِّ الفعل نحو الأعلى.

 

​​​​​​​
أتحقَّقُ: كرةٌ تُؤثِّرُ في جدارٍ بقوَّةِ ( 10 ) نيوتن نحوَ الشرقِ حينَ تصطدِمُ بهِ، ما المقدارُ والاتّجاهُ لقوّةِ ردِّ فعلِ الجدارِ في الكرةِ؟

حين تدفع كرة الجدار بقوة مقدارها ( 10 ) نيوتن نحو الشرق يدفع الجدار الكرة بقوة مقدارها ( 10 ) نيوتن نحو الغرب.