ما هو مفهوم القوة؟
تُعرف القوة بأنّها الفعل الذي يؤثر في حركة جسم ما مسببًا بذلك تغييرًا في حالته واتجاهه و سرعته وشكله، ويُمكن تفسيرها أيضًا بناءً على قوانين نيوتن الفيزيائية للحركة ، والتي نصت على وجود قوة خارجية تدفع الجسم للتسارع والحركة، ومن الجدير بالذكر أنّ القوة تُعدّ كمية فيزيائيّة متجهة؛ أي أن لها مقدار واتجاه.
ويظهر تأثير القوة في الأجسام بطرق مختلفة ويُمكن ذكرها على النحو الآتي:
- تُساعد على حركة الجسم براحة وانتظام.
- تعمل على إبطاء سرعة الجسم أو ربما تتسبب في إيقافه.
- تساعد على زيادة سرعة الجسم المتحرك.
- يُمكن أن تغير اتجاه وشكل وحجم الجسم.
صيغة قانون القوة
يُعبّر عن القوة باستخدام العلاقة التي تربط كتلة الجسم بالتسارع الذي تحققه عند حركتها، والتي تُشكل علاقة طردية مع كل منهما وتكون على النحو الآتي:
القوة= كتلة الجسم × التسارع
وبالرموز:
ق= ك × ت
وبالإنجليزية:
F=m×a
أو
القوة = كتلة الجسم × سرعة الجسم/ الزمن
وبالرموز:
ق= ك × ع/ ز
وبالإنجليزية:
F= (m×v) / t
حيث أنّ:
- ق (F): القوة التي تُحرك الجسم، وتُقاس بوحدة (كغ.متر/ث ²).
- ك (m): كتلة الجسم وتُقاس بوحدة (كغ).
- ت (a): تسارع الجسم، ويُقاس بوحدة (متر/ث ²) .
- ع (v): سرعة الجسم وهي كمية متجهة، وتُقاس بوحدة (م/ث).
- ز (t): الوقت الذي يحتاجه الجسم في الحركة، ويُقاس بوحدة الثانية (ث).
وحدة قياس القوة
تقاس القوة بوحدة نيوتن، فبالرجوع لصيغة قانون القوة، وبمعرفة أنّ وحدة قياس كتلة الجسم هي كغ (Kg)، ووحدة قياس تسارع الجسم (م/ث ²)، فإنّ وحدة قياس القوة يُمكن اشتقاقها من الصيغة الفيزيائية السابقة ( القوة = الكتلة × التسارع) على النحو الآتي:
- الكتلة تقاس بوحدة (كغ).
- التسارع يقاس بوحدة (م/ث²).
- يصبح القانون كالآتي: ق= كغ × م/ث ²
- ومنه يتضح أنّ وحدة قياس القوة (كغ.م/ ث²) وهي وحدة نيوتن ويُرمز لها بالرمز N .
أنواع القوة
يُمكن تنصيف القوة لعدّة أنواع مختلفة وهي كالآتي:
قوة الجاذبية
تُعرف قوة الجاذبية بأنّها القوة التي تعمل على التصاق الجسيمات بالسطح بحيث تمنعها من العشوائية في الحركة، ويُمكن التعبير عنها بالصيغة الفيزيائية الآتية:
القوة = 4 /3 × ( π × نصف القطر³) × كثافة الجزيء × تسارع الجاذبية الأرضية
وبالرموز:
ق ج= 4 /3 × ( π × نق³) × ك× ت
وبالإنجليزية:
F= 4/3 ( πR³ ) ρ. g
حيث أنّ:
- ق ج (F): قوة الجاذبية، بوحدة نيوتن.
- نق (R): نصف القطر، بوحدة م.
- ت (g): تسارع الجاذبية الأرضية، وتُقدّر قيمته ب 9.81 م/ ث ².
- ث (ρ): كثافة الجُزيء ويُمكن تمثيلها بالصيغة؛ الكثافة = الكتلة/ الحجم.
- ك (m): كتلة الجسم، وتُقاس بوحدة كغ أو غرام.
- ح (v): حجم الجسم ويُقاس بوحدة م ³ أو سم³.
القوة الكهرومغناطيسية
هي القوة التي تُسبب تفاعل الجسيمات المشحونة سواءً أكانت متحركة أو ثابتة، وسُميت بالقوة الكهرومغناطيسية لأنّها تضم القوة الكهربائية الناتجة عن شحن الأجسام، وأيضًا القوة المغناطيسية، أيّ أنّها مجموعة القوى المحصلة التي تؤثر على الشحنات الكهربائية المتحركة في سلك كهربائي.
ويُمكن التعبير عنها بالصيغة الفيزيائية الآتية:
القوة= شحنة الجسيم × المجال الكهربائي شحنة الجسيم × سرعة الجسيم × المجال المغناطيسي
وبالرموز:
ق ك= ش× م ك ش × ع × م غ
وبالإنجليزية:
F = qE qv × B
حيث أنّ:
- ق ك (F): القوة الكهربائية، بوحدة نيوتن.
- م (E): المجال الكهربائي، ويُقاس بوحدة فولت/م.
- ش (q): شحنة الجسيم، وتُقاس بوحدة كولوم.
- ع (V): السرعة التي يتحرك بها جسيم ما، وتُقاس بوحدة م/ث.
- م غ (B): المجال المغناطيسي، ويُقاس بوحدة تسلا.
القوة القوية
تُعرف القوة القوية بأنّها القوة النووية والتي تعمل بدورها على ربط الجسيمات الصغيرة للمادة مع بعضها البعض؛ لتشكيل جسيمات أكبر حجمًا منها، حيث تعد جسيمات الكوارك* أصغر هذه الجسيمات، وتعد الهادرونات والتي تشمل البروتونات والنيوترونات من أضخم هذه الجسيمات.
القوة الضعيفة
تُعرف القوة الضعيفة بأنّها القوة القادرة على تفكيك الجسيمات وتحللها، كما وتعتبر أقوى من قوة الجاذبية إلّا أنّ أثر القوة الضعيفة يظهر جليًّا عندما تكون المسافة بين الجزيئات قصيرة، ومن أهم تطبيقاتها الاندماج النووي.
قوة مقاومة الهواء
تُعرف قوة مقاومة الهواء بأنّها القوة التي تؤثر على الجسيمات أثناء انتقالها عبر الهواء، بحيث تقاوم حركتها وتحاول إيقافها أو إبطاء سرعتها، وتكون ظاهرًة في الجسيمات ذات السرعات الكبيرة.
وتمتاز قوة مقاومة الهواء بأنّها ذات قيمة صغيرة جدًا يصعب تقديرها، ويمكن ملاحظة هذه القوة بشكلٍ واضح عند التزلج على المنحدرات، والقفز بالمظلات الهوائية.
قوة الاحتكاك
تُعرف قوة الاحتكاك بأنها القوة التي تقاوم قدرة جسم ما عند انزلاقه على جسم آخر، ويُمكن تقسيمها لقسمين رئيسيين؛ الاحتكاك الساكن (والذي يحدث بين الأسطح في سكونها)، والاحتكاك المتدحرج (والذي يحدث عند حركة أو تدحرج جسم ما على سطح آخر أي أثناء الحركة)، ويُمكن التعبير عنها بالصيغة الفيزيائية الآتية:
قوة الاحتكاك = معامل الاحتكاك × القوة المؤثرة في حركة الجسم
بالرموز:
ق ح = م ح × ق
بالإنجليزية:
F= μ×N
حيث أنّ:
- ق ح (F): قوة الاحتكاك، وتقاس بوحدة نيوتن.
- م ح (μ): معامل احتكاك خاص بالجسم.
- ق (N): القوة التي تؤثر على الجسم.
ويُعبر عن القوة المؤثر في الجسم بالصيغة:
ق= ك × ج
- ك: كتلة الجسم، وتُقاس بوحدة كغ.
- ج: تسارع الجاذبية الأرضية، ويُقدر بحوالي 9.81 م/ث ² .
قوة التوتر
تُعرف قوة التوتر بأنّها القوة التي تؤثر وتقاوم قوة شد جسم ما كالحبل مثلًا والتي تكون معاكسة للقوة المسببة للشد، ويُمكن احتسابها من خلال قانون نيوتن الثاني للحركة والذي يُعبر عنه بالصيغة الفيزيائية الآتية:
القوة = التسارع × الكتلة
بالرموز:
ق= ت × ك
بالإنجليزية:
m × a =ΣF
بحيث أنّ:
- ك (m): كتلة الجسم، وتُقاس بوحدة كغ.
- ت (a): تسارع الجسم، ويُقاس بوحدة م/ث ².
- ق (F): مجموع القوى الأفقية المؤثرة في حركة جسم ما، وتُقاس بوحدة نيوتن.
تُعرف القوة بأنّها أي فعل يعمل على حركة جسم أو التغيير بشكله أو اتجاهه، ويُمكن احتسابها بالاعتماد على كتلة الجسم وتسارعه، كما أنّ هناك العديد من القوى المؤثرة في الكون مثل؛ قوة التوتر، وقوة الاحتكاك، والقوة الكهرومغناطيسية، وقوة الجاذبية، والقوتين القوية والضعيفة، وقوة مقاومة الهواء.
_______________________________________________________________________________________
*الكوارك: هي جسيمات أولية مشحونة، وتعتبر أحد أهم المكونات الأساسية للمادة، وعندما تتحد جسيمات الكوارك فإنّها تُشكل الهادرونات.
