تطبيقات على قوانين نيوتن

العالم نيوتن

إسحاق نيوتن هو عالمٌ ومكتشفٌ إنجليزيٌ ولد في عام 1642م في مدينة لنكولنشير في بريطانيا، ولم يبدو ذكياً في طفولته وأُخرج من المدرسة في وقتٍ مبكرٍ، ولكنه كان يقرأ كل ما يقع تحت يديه من كتبٍ، حتى دخل الجامعة ودرس وتبحّر في العلم، وكان لهذا العالم الكثير من الاكتشافات؛ مثل اكتشافه أنّ الضوء الأبيض مكونٌ من سبعة ألوانٍ، واكتشافه للجاذبيّة الأرضيّة، وهو الاكتشاف الذي حوّل مسار علوم الفيزياء وطوّر كثيراً فيها، ووضع نيوتن ثلاثة قوانين صاغها بنفسه بعد عدة تجارب واكتشافات، وأثبت أنّ هناك قوة جذبٍ متبادلة بين الكواكب والشمس هي التي تجعل الكواكب تسير في حركةٍ بيضاويّةٍ حول الشمس .

قوانين نيوتن

تنص قوانين نيوتن الثلاثة على ما يلي:

• قانون نيوتن الأول: ينص هذا القانون على أنّ الأجسام الساكنة تبقى ساكنة ما لم تؤثر فيها محصلة قوى تجعلها تتحرك، وأن الجسم المتحرك بسرعةٍ ثابتةٍ يبقى متحركاً بالسرعة نسها ما لم تؤثر فيه قوةٌ خارجيّةٌ تغير حركته.
• قانون نيوتن الثاني: ينص هذا القانون على أن محصلة القوى التي تؤثر في جسمٍ معينٍ تساوي المعدل الزمني للتغير في كميّة تحرك هذا الجسم، واتجاه القوة المؤثرة هو اتجاه كميّة التحرك نفسه أي أن: ق=ك ج، بحيث إن:
  • القوة (ق).
  • الكتلة (ك).
  • العجلة (ج).
• قانون نيوتن الثالث: ينص هذا القانون على أن لكلٍ فعلٍ ردَّ فعلٍ مساوياً له في المقدار ومعاكساً له في الاتجاه.

تطبيقات على قوانين نيوتن

يوجد تطبيقات كثيرة على قوانين نيوتن نذكر منها ما يلي:

• مظلات الهبوط: تم تصميم مظلات الهبوط بالاعتماد على السرعة الحديّة؛ وهي السرعة الثابتة التي يسقط فيها الجسم، وتكون عندما تتساوى قوة مقاومة الهواء مع وزن الجسم (ق م =و)، وفي هذه النقطة يكون التسارع صفراً؛ لأن القوى المحصلة المؤثرة على الجسم تتناقص بازدياد سرعته، وبالتالي يتناقص التسارع حتى ينعدم، ولأن قوة المقاومة للجسم الساقط تزداد بزيادة المساحة السطحيّة له تم زيادة مساحة سطح مظلات الهبوط حتى تصل المظلة إلى السرعة الحديّة في زمنٍ أقل؛ وبالتالي يصل المظلي بسلامٍ إلى الأرض.
• حركة المصعد: اتجاه تحرك المصعد وتسارعه يغيران القوة التي يؤثر بها المصعد على الجسم الموجود فيه (رد الفعل)؛ حيث تكون قوى رد الفعل هذه أكبر من وزن الجسم عند تحرك المصعد بتسارعٍ للأعلى، وتكون قوى رد الفعل أقل من وزن الجسم عند تحرك المصعد بتسارعٍ للأسفل، أما في حالة التحرك بسرعةٍ ثابتةٍ فإن قوى رد الفعل تتساوى مع الوزن، لذلك يحس الإنسان بثقل جسمه عند تحرك المصعد بسرعةٍ للأعلى ويشعر بالخفة عند تحركه للأسفل,وهذا الشيء نفسه يحصل مع رواد الفضاء ولكن بصورةٍ أكبر؛ حيث تحدث ظاهرة انعدام الوزن الظاهري بسبب دوران المركبات الفضائيّة في مدارٍ ثابتٍ حول الأرض وبتسارعٍ مركزيٍ باتجاه مركز الأرض مقداره (-جـ)؛ وهذا ما يجعلهم يحسون بانعدام الوزن مما يؤثر في عمل الدورة الدمويّة والقلب، بالإضافة إلى الكثير من الصعوبات في الحركة والأكل والشرب؛ حيث يتطاير الأكل والشرب في كل مكان بسبب انعدام الجاذبيّة التي تجعل له ثقلاً يجعله ينساب في فم الإنسان عندما يكون على الأرض.
• حركة جسمٍ على مستوى مائل بوجود الاحتكاك: عندما يتحرك جسمٌ على سطحٍ مائلٍ فيه بعض الخشونة فإن الحركة ستكون صعبةً؛ وذلك لأن قوة الاحتكاك التي تنشأ بين المستوى والجسم المتحرك تكون بعكس اتجاه الحركة؛ وبالتالي تعيقها وتقلل من سرعتها، أما إذا كان المستوى أملس فستكون الحركة أسهل وبسرعةٍ أكبر؛ ذلك لأن قوة الاحتكاك تكون أقل بكثيرٍ، وهذا ما يفسر صعوبة أو سهولة حركة الأجسام على الأسطح المائلة مع اختلاف السرعات.