موضوع عن قوانين نيوتن للحركة

قوانين نيوتن للحركة

قوانين نيوتن في الحركة (بالإنجليزية: Newton's laws of motion) ثلاثة قوانين أساسية، تصف العلاقة بين القوى المؤثرة على جسم معين وحركة هذا الجسم، ويعتبر عالم الفيزياء والرياضيات الإنجليزي إسحاق نيوتن الأب الروحي لها.

قانون نيوتن الأول

ينص قانون نيوتن الأول (بالإنجليزية: Newton’s First Law) على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك يبقى متحركًا ما لم تؤثر فيه قوة خارجية تحركه إذا كان ساكنًا، أو تغير من حالته الحركية في حال كان الجسم متحركًا.

ويعرف قانون نيوتن الأول أيضًا باسم قانون القصور الذاتي (بالإنجليزية: The Law of Inertia)، وهو مبدأ مهم من مبادئ الحركة ويعني ممانعة الجسم للتغيير من حالته الحركية، وهذه الحركة أما تكون حركة كامنة في الجسم، أو طاقة ميكانيكية خارجية التأثير.

ومن أبرز الأمثلة عليه، ارتداء حزام الأمان داخل السيارة في أثناء مسيرها، فعند الضغط المفاجئ على المكابح، سيدفع جسم الإنسان للأمام، وهذا الاندفاع يعبر عن القصور الذاتي، وحزام الأمان هو وسيلة لمقاومة القصور الذاتي لتجنب الخطر.

ويعبّر عن نص قانون نيوتن الأول رياضيًا ← القوة = وزن الجسم × تسارع الجاذبية الأرضية.

وبالرموز← ق = و x ت ج

ودلالة كل رمز كما يأتي:

• ق: القوة التي تؤثر على جسم ما، ووحدة قياسها نيوتن.
• و: وزن الجسم، ووحدة قياسه كغم.
• ت ج: تسارع الجاذبية الأرضية، ووحدة قياسها م/ث ، وهي قيمة ثابتة متعارف عليها عالميًا وتساوي 9.8 م/ث .

مثال: ما هي القوة اللازمة لتحريك صندوق خشبي على سطح طاولة، علمًا أن وزن الصندوق = 25 كغ، وتسارع الجاذبية الأرضية = 9.8 م/ث .

المعطيات:

و= 25 كغم.

ت = 9.8 م/ث .

المطلوب:

إيجاد مقدار القوة التي أثرت في الصندوق الخشبي وحركته (ق).

الحل:

تطبق المعطيات تطبيق مباشر في قانون نيوتن الأول للحركة ← ق = و x ت ج ← ق = 9.8x25 ← ق= 245 نيوتن.

قانون نيوتن الثاني

ينص قانون نيوتن الثاني (بالإنجليزية: Newton’s Second Law of Motion) على أن القوة المؤثرة في الجسم تساوي معدل التغير في الزخم، أي أن تسارع الجسم الناتج عن قوة محسوسة يتناسب طرديًا مع مقدار القوة الكلية المؤثرة في الجسم بنفس اتجاه حركته، وعكسيًا مع كتلة الجسم المتحرك.

ومن التطبيقات العملية على قانون نيوتن الثاني دفع عربة فارغة، ودفع العربة المحمّلة بوزن كبير، إذ سيكون تسارع العربة الفارغة أكبر من المحمّلة نظرًا لأن كتلتها أقل، وركل الكرة مثال آخر، إذ إن الشخص الذي يركلها كلما أثر عليها بقوة أكبر تنطلق الكرة بسرعة أكبر وبالتالي تسارع أكبر.

ويعبّر عن قانون نيوتن الثاني رياضيًا ← القوة = كتلة الجسم × التسارع.

وبالرموز ← ق = ك × ت

والتسارع يحسب من خلال المعادلة الآتية ← ت = س1 - س0/ ز1 - ز0

ودلالة كل رمز من الرموز في المعادلتين كما يأتي:

• ق = ك x ت
  • ق: القوة التي تؤثر على الجسم، ووحدة قياسها نيوتن.
  • ك: كتلة الجسم، ووحدة قياسها كغم.
  • ت: تسارع الجسم، ووحدة قياسه م/ث .
• س: سرعة الجسم، ووحدة قياسها م\ث.
  • ز: الزمن، ووحدة قياسه بالثانية.

مثال: انطلقت عربة كتلتها 150 كغ من السكون لتصل إلى سرعة مقدارها 40 م/ث، خلال مدة زمنية مقدارها 20 ثانية، ما مقدار القوة التي أثرت على العربة لتسير بهذه السرعة؟

المعطيات:

ك = 150 كغم.

س0= صفر، لأن العربة انطلقت من السكون، أي أن سرعتها بحالة السكون صفر.

س1= 40 م/ث.

ز1= 20 ث.

ز0= صفر.

المطلوب:

إيجاد قيمة القوة التي أثرت في العربة وسبب تحركها (ق).

الحل:

يحسب أولاً التسارع كما يأتي:

ت = س1 - س0/ ز1 - ز0.

ت = 40 - 0 / 20-0

ت = 20/40

ت = 2 م/ث .

بعد أن أصبح التسارع معلوم، الآن تُحسب القوة:

ق = ك × ت.

ق = 150× 2.

ق= 300 نيوتن.

قانون نيوتن الثالث

يوضح قانون نيوتن الثالث (بالإنجليزية: Newton's Third Law) العلاقة بين القوى بين أي جسمين، وينص على أن لكل فعل رد فعل مساوِ له في المقدار ومعاكس له في الإتجاه، وهذا يعني أن أي جسم يؤثّر على جسم آخر، فإن الجسم الآخر سيتأثّر بنفس مقدار قوة الجسم الأول، ولكن باتجاه معاكس للقوة الأصلية.

ومن التطبيقات العملية على قانون نيوتن الثالث حركة السبّاح الذي يضرب بقدميه بقوة معينة بجدار حمام السباحة، فيتحرك جسمه بقوة مساوية لقوة الضربة، ولكن باتجاه معاكس لها، إذ إن السباح يضرب بقدميه الجدار للخلف، فيتحرك جسمه للأمام وبنفس مقدار قوّة دفع قدميه على الجدار.

ويعبّر عن قانون نيوتن الثالث بالصيغة الرياضية ← السرعة النهائية - السرعة الابتدائية = التسارع (الزمن النهائي - الزمن الابتدائي).

وبالرموز ← س1 - س0 = ت (ز1 - ز0)

ودلالة الرموز كما يأتي:

• س0: السرعة الابتدائية للجسم، ووحدة قياسها م/ث.
• س1: السرعة النهائية للجسم، ووحدة قياسها م/ث.
• ت: تسارع الجسم، ووحدة قياسه م/ث .
• ز0: الزمن الابتدائي لمسير الجسم، ووحدة قياسه الثانية.
• ز1: الزمن النهائي لمسير الجسم، ووحدة قياسه الثانية.

مثال: احسب تسارع جسم بدأ حركته من سرعة مقدارها 20 م/ث ليصل إلى سرعة مقدارها 70م/ث وفي زمن مقداره 5 ثوان؟

المعطيات:

س0= 20 م/ث.

س1= 70م/ث.

ز1= 5 ث.

المطلوب:

حساب تسارع الجسم (ت)

الحل:

تطبق المعطيات في قانون نيوتن الثالث كما يأتي:

س1 - س0 = ت (ز1 - ز0).

70 - 20 = ت(5).

50 = ت (5) ← بقسمة كلا الطرفين على 5 ← ت = 10 م/ث .