قوانين نيوتن في الحركة
قوانين نيوتن للحركة، هي ثلاثة قوانين صاغها عالم الفيزياء والرياضيات الإنجليزي إسحاق نيوتن، والتي تصف العلاقات بين القوى المؤثرة على جسم ما وحركته، وهذه القوانين الثلاث تشكل أساس علم الميكانيكا الكلاسيكية، وفيما يأتي توضيح لهذه القوانين الثلاثة:
قانون نيوتن الأول في الحركة
ينص قانون نيوتن الأول أو ما يعرف ب قانون القصور الذاتي على أنّه إذا كان الجسم ثابت (أي ساكن) أو يتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم، فإنه سيبقى ثابت أو يستمر في التحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة وبنفس الاتجاه ما لم يتم التأثير عليه بقوة ما تغير من حالة ثباته أو سرعته أو اتجاهه.
ومن التطبيقات اليومية على قانون نيوتن الأول الآتي:
عندما يضغط سائق الحافلة على الفرامل بشكل مفاجئ فإن الركاب يشعرون بالدفع إلى الأمام، والسبب في ذلك أن الجسم بطبيعته يُحاول المحافظة على حالة الحركة حتى بعد توقف الحافلة.
عند وضع أي جسم على الأرض فإن هذا الجسم سوف يبقى ثابت في مكانه بلا حركة إلى أن يتم التأثير عليه بقوة خارجية تحركه.
وفقًا لقانون نيوتن الأول فإن الكرة التي تتدحرج سوف تبقى تتدحرج بنفس السرعة والاتجاه ولن تتوقف، لكن الكرة تتوقف في نهاية المطاف والسبب في ذلك يعود إلى قوة الاحتكاك، والتي تعتبر في حالة الكرة هي القوة الخارجية التي أثرت عليها.
قانون نيوتن الثاني في الحركة
ينص قانون نيوتن الثاني على أنّ تسارع الجسم يعتمد على متغيرين هما؛ القوة الكلية المؤثرة على الجسم وكتلته، ذلك أن تسارع جسم ما يتناسب تناسبًا طرديًا مع القوة الكلية المؤثرة عليه وعكسيًا مع كتلته، ما يعني أنه مع زيادة القوة المؤثرة على الجسم يزداد تسارعه، وبالمثل، مع زيادة كتلته ينخفض تسارعه.
ومن التطبيقات اليومية لقانون نيوتن الثاني الآتي:
عند ركل الكرة يتم التأثير عليها بقوة باتجاه معين ما يؤدي إلى تسارعها بنفس اتجاه هذه القوة، وبما أنّ القوة تتناسب تناسبًا طرديًا مع التسارع وفقًا لقانون نيوتن الثاني، فإنه كلما زادت قوة ركل الكرة كانت أسرع.
عند دفع السيارة بقوة مساوية للقوة التي يتم بها دفع الشاحنة، فإن السيارة تتسارع بشكل أكبر من الشاحنة، وتفسير ذلك وفقًا لقانون نيوتن الثاني حيث أنّ التسارع يتناسب تناسبًا عكسيًا مع الكتلة، وبما أنّ السيارة كتلتها أقل فإنها ستتسارع بشكل أكبر من الشاحنة.
قانون نيوتن الثالث في الحركة
ينص قانون نيوتن الثالث أو ما يُعرف بقانون الفعل ورد الفعل، على أنّ لكل فعل في الطبيعة رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه، أي إذا أثر الجسم (أ) بقوة على الجسم (ب) فإن الجسم (ب) أيضًا يؤثر على الجسم (أ) بنفس مقدار القوة لكن باتجاهٍ معاكس.
ومن التطبيقات اليومية لقانون نيوتن الثالث الآتي:
عند السير تُؤثر الأقدام بقوةٍ على الأرض باتجاه الأسفل، وبدورها تؤثر الأرض بقوةٍ على الأقدام لكن باتجاه معاكس.
أثناء دق مسمار في الحائط فإنه يُمكن الشعور بقوة على يد الشخص الذي يُمسك المطرقة، وبالتالي كلتا القوتين تتناسبان طرديًا مع بعضهما البعض، إذًا عند زيادة قوة العمل تزداد قوة رد الفعل.
قانون الجذب العام لنيوتن
ينص القانون على أن قوة التجاذب بين جسمين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسيًا مع مربع البعد بين مركزي كتلتيهما، ولكن في معظم الحالات، تكون قوة الجاذبية ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها بسبب اتساع المسافة الفاصلة بين الجسمين، إلى جانب ذلك، فإن نطاق الجاذبية غير محدود ولكن تأثير قوى الجاذبية يُصبح أضعف عندما تتحرك الأجسام بعيدًا عن بعضها.
على الرغم من أن قانون الجذب العام لنيوتن لا يتنبأ أو يُعطي قيم دقيقة للجاذبية للمسافات الصغيرة جدًا (أقل من نانومتر) إلا أنه يُستخدم في مجال واسع، مثل حساب الجاذبية بين أي جسمين لهما كتلة، وإعطاء معلومات لحسابات المد والجزر، والتنبؤ بالكسوف والخسوف، ودوران الأرض حول الشمس ودوران القمر حول الأرض.
قانون نيوتن في التبريد
ينص قانون نيوتن في التبريد على أنّ معدل فقدان الحرارة للجسم يتناسب تناسبًا طرديًا مع الاختلاف في درجة حرارة الجسم ومحيطه، ويصف هذا القانون المعدل الذي تتغير فيه درجة حرارة الجسم عن طريق الإشعاع، وهذا التغير يتناسب مع الفرق في درجة حرارة الجسم والوسط الذي يحيط به، لكن بشرط أن يكون الفرق صغير.
يُستخدم هذا القانون في حالات ووفق شروط محددة يجب توفرها لكي يعطي نتائج دقيقة، وهذه المحددات الآتي:
- يجب أن يكون فرق درجة الحرارة بين الجسم ومحيطه صغيرًا.
- يجب أن يجري فقدان الحرارة بالنسبة للجسم عن طريق الإشعاع فقط.
- يجب أن تبقى درجة حرارة المحيط ثابتة طوال فترة تبريد الجسم.
قانون نيوتن في اللزوجة
ينص قانون نيوتن في اللزوجة على أنّ إجهاد القص يتناسب طرديًا مع تدرج السرعة بين طبقتين متجاورتين من السائل، وتكون نسبة إجهاد القص إلى معدل القص ثابت عند درجة حرارة وضغط معين، ويتم تعريفها على أنها اللزوجة أو معامل اللزوجة.
وبناءً على قانون نيوتن في اللزوجة فإنّ السوائل تقسم لقسمين هما:
هي السوائل التي لا تتغير لزوجتها وتبقى ثابتة عند تطبيق إجهاد قص عليها، وتكون العلاقة لهذه السوائل خطية بين اللزوجة وإجهاد القص، ومن الأمثلة عليها، الماء، والكحول، والزيوت المعدنية، والبنزين.
هي السوائل التي تتغير لزوجتها عند تطبيق إجهاد القص عليها، وأيضًا تكون العلاقة بين اللزوجة وإجهاد القص غير خطية، ومن الأمثلة عليها، معجون الأسنان، والكاتشب، ومستحضرات التجميل، والطلاء.
