قانون القوة

ما هو قانون القوة؟

تُعرّف القوة (بالإنجليزية: Force) بأنّها التفاعل الذي يؤثر على الأجسام، ويُغير من حركتها، وتنص صيغة القوة على أنّ القوة تساوي كتلة الجسم التي تؤثر عليه القوة مضروبة في تسارعه، ويُمكن تمثيل القانون بالصيغة الآتية:

القوة = الكتلة × التسارع

وتُمثل بالرموز:

ق = ك × ت

وبالإنجليزية:

F = m x a

حيث أنّ:

• ق (F): هي القوة المؤثرة على الجسم، وتُقاس بوحدة نيوتن (N).
• ك (m): هي كتلة الجسم، وتُقاس بوحدة (كغ).
• ت (a): هو تسارع الجسم، ويُقاس بوحدة (م/ث²).

وتُمثل القوة بناءً على قوانين نيوتن للحركة التي وضعها العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن، والتي تصف علاقة القوى المؤثرة على الأجسام وحركتها، وهي كالآتي:

قانون نيوتن الأول

يُعرف قانون نيوتن الأول في الحركة باسم قانون القصور الذاتي، وينص على أنّ: "الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك يبقى متحركًا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تؤدي إلى تغيير حالته، بحيث يبقى الجسم متحركًا في نفس الاتجاه وبسرعة ثابتة".

قانون نيوتن الثاني

ينص قانون نيوتن الثاني للحركة على أنّه "إذا أثرت قوة خارجية على جسم، فإنّها تُكسبه تسارعًا يتناسب تناسبًا طرديًا مع القوة المؤثرة على الجسم، وتناسبًا عكسيًا مع كتلة هذا الجسم"، ويُمكن تمثيلة بالصيغة الآتية:

تسارع الجسم = محصلة القوى المؤثرة على الجسم / كتلة الجسم

ويُمثل بالرموز:

ت = ق/ ك

وبالإنجليزية:

a = F/m

حيث أنّ:

• ت (a): تسارع الجسم، ويُقاس بوحدة م/ث².
• ق (F): محصلة القوى المؤثرة على الجسم، وتُقاس بوحدة النيوتن (N).
• ك (m): كتلة الجسم، وتُقاس بوحدة (كغ).

قانون نيوتن الثالث

ينص قانون نيوتن الثالث على أنّه "لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار، ومعاكس له في الاتجاه"، وبالتالي إذا أثر جسم ما بقوة على جسم آخر، فإنّ الجسم الآخر سيؤثر عليه بنفس مقدار القوة وبعكس اتجاهها، ويُمكن تمثيل العلاقة كالآتي:

القوة الؤثرة من الجسم الأول على الجسم الثاني = - القوة المؤثرة من الجسم الثاني على الجسم الأول

وبالرموز:

ق2,1 = - ق1,2

وبالإنجليزية:

F1,2 = - F2,1

أمثلة على قانون القوة

وفيما يلي بعض الأمثلة على قانون القوة:

المثال الأول: تحرّك جسم للأمام بقوة دفع خارجية، ممّا أكسبه تسارعًا يبلغ 25 م/ث²، إذا علمتَ أنّ كتلة الجسم تساوي 2 كغ، فما مقدار القوة الخارجية المؤثرة عليه؟

الحل:

1. تُكتب المعطيات:
   1. التسارع = 25 م/ث².
   2. الكتلة = 2 كغ.
2. ق = ك × ت
   1. ق = 2 × 25
   2. ق = 50 نيوتن.

المثال الثاني: تسارعت سيارة بقيمة 4 م/ث²، إذا علمتَ أنّ وزن السيارة يساوي 78,480 كغ.م/ث²، فما مقدار القوة الخارجية التي أثرت على السيارة؟

الحل:

1. تُكتب المعطيات:
   1. التسارع = 4 م/ث².
   2. الوزن = 78,480 كغ.م/ث².
2. الوزن = الكتلة × تسارع الجاذبية
   1. 78,480 = الكتلة × 9.81
   2. الكتلة = 8000 كغ.
3. ق = ك × ت
   1. ق = 8000 × 4
   2. ق = 32,000 نيوتن.

أنواع القوة

تُصنف القوة إلى عدّة أنواع، وهي كالآتي:

• قوة الجاذبية

يُرمز لقوة الجاذبية (بالإنجليزية: Gravity Force) بالرمز (F grav )، وهي القوة التي تجذب بها الأرض أو القمر الأجسام نحوها، حيث تتعرّض جميع الكائنات على الأرض لقوة جاذبية نحو الأسفل.

• القوة التطبيقية

يُرمز للقوة التطبيقية (بالإنجليزية: Applied Force) بالرمز (F app ) وهي القوة التي تُطبق من قبل جسم على جسم آخر، على سبيل المثال: أن يدفع شخص ما مكتب موجود في الغرفة.

• القوة الطبيعية

يُرمز للقوة الطبيعية (بالإنجليزية: Normal Force) بالرمز (F norm )، وهي القوة الداعمة التي تُمارس بين جسمين متصلين، كأن يدعم سطح ما كتابًا ليبقى ثابتًا من خلال تأثير السطح بقوة صاعدة للأعلى لدعم وزن الكتاب.

• قوة الاحتكاك

يُرمز لقوة الاحتكاك (بالإنجليزية: Friction Force) بالرمز (F frict )، و الاحتكاك هي القوة التي يؤثر بها جسم ما على جسم آخر يتحرك عبره، كانزلاق كتاب على سطح ما.

• قوة مقاومة الهواء

يُرمز لقوة مقاومة الهواء (بالإنجليزية: Air Resistance Force) بالرمز (F air )، وهي نوع خاص من قوى الاحتكاك، والتي تقاوم حركة الأجسام في الهواء.

• قوة الشد

يُرمز لقوة الشد (بالإنجليزية: Tension Force) بالرمز (F tens )، وهي القوة التي تنتقل عبر حبل، أو خيط، أو سلك مشدود بقوة خارجية مُطبقة على أطرافه. 

• قوة الزنبرك

يُرمز لقوة الزنبرك (Spring Force) بالرمز (F spring )، وهي القوة المؤثرة على جسم مرتبط مع زنبرك من خلال مد الزنبرك، أو ضغطه، لإعادة الجسم إلى حالة التوازن.