تتحرك الأجسام من حولنا بأنماط حركية مختلفة، فأنت تشاهد سيارة تبدأ حركتها من السكون، وتشاهدها عندما تدور في منعطف أو تتوقف؛ كما أنك تشاهد جسماً مقذوفاً إلى الأعلى فكيف يتحرك في أثناء صعوده وسقوطه؟ وطائرة تطير في الهواء، أو سمكة تسبح في الماء؛ فكيف تتحرك هذه الأجسام؟ وما الذي يحركها؟ هل تتحرك من تلقاء نفسها أم هنالك مؤثرات خارجية تجعلها تتحرك؟ وما العلاقة بين هذه القوى المؤثرة وطبيعة الحركة الناتجة؟ وما القوانين التي تضبط حركة هذه الأجسام؟ هذه الأسئلة وأخرى كثيرة يمكنك الإجابة عنها بعد دراسة قوانين نيوتن في الحركة، هذا مع الانتساب للأهمية الكبرى والدور المهم الذي تمثله بالنسبة لعلم الميكانيكا، واتساع تطبيقها.
قانون نيوتن الأول في الحركة (قانون القصور)
إن الأجسام الساكنة تبقى كذلك ما لم تؤثر فيها قوة خارجية. وهذا ينطبق على الأجسام المتحركة، لأنه إذا كانت الأجسام الساكنة قاصرة عن تغيير حالة سكونها بنفسها، فإن الأجسام المتحركة قاصرة عن تغيير حالتها الحركية بنفسها أيضاً.
إن هذه الصفة في الأجسام التي تجعلها غير قادرة على تغيير حالتها الحركية، هي خاصية طبيعية تسمى خاصية القصور (Inertia). وقد أطلق هذا الأسم أصلاً (غاليلو)؛ ثم أصبح مرادفاً لقانون نيوتن الأول. والقصور لغة تعني العجز؛ أما فيزيائياً فيعني عدم قدرة الجسم على تغيير حالته الحركية مقداراً أو اتجاهاً أو كليهما.
إن الأهمية الكبرى لقانون نيوتن الأول في الحركة تكمن في استخدامه لتعريف القوة. فإذا انعدمت القوة المؤثرة في جسم ما فإن ذلك يؤدي إلى ثبات الحالة الحركية، في حين أن وجود القوة يؤدي إلى تغيير الحالة الحركية. وعلى ذلك فالقوة كل مؤثر خارجي يغيّر أو يحاول التغيير من حالة الجسم الحركية مقداراً أو اتجاهاً، أو كليهما معاً.
قانون نيوتن الثاني في الحركة
إذا أثرت قوة محصلة في جسم أكسبته تسارعاً، يتناسب مقداره تناسباً طردياً مع مقدار القوة المحصلة، ويكون اتجاهه في اتجاه القوة المحصلة نفسها وَيمكن تمثيل هذا القانون رياضياً باستخدام العلاقة التالية:
ق م = ك ت.
حيث
ق م = محصلة القوة المؤثرة في جسم
ك = كتلة الجسم
ت = التسارع الذي هو معدل التغير في السرعة بالنسبة إلى الزمن.
ويكون التسارعُ موجباً (بالنسبة لاتجاه حركة الجسم)، إذا كانت القوة المحصلة باتجاه الحركة فيؤدي إلى زيادة سرعته؛ ويكون سالباً إذا كان اتجاه القوة المحصلة بعكس اتجاه حركة الجسم، تتناقص سرعة الجسم إلى أن يتوقف في النهاية. أي أنه إذا كانت إشارة (ت) مثل إشارة (ع) فالتسارع موجب. وإلا يكون سالباً.
وَإذا كانت القوة المحصلة صفراً، فإن التسارع الذي يكتسبه الجسم = صفراً، وهذا هو قانون نيوتن الأول. وعلى ذلك فإن القانون نيوتن الأول يمكن اعتباره حالة خاصة من قانون نيوتن الثاني؛ أو أن القانونين يمكن اعتبارهما قانوناً واحداً هو قانون نيوتن في الحركة.
ومن قانون نيوتن الثاني يمكن أن نجد طريقة مناسبة لقياس محصلة القوى المؤثرة في جسم معروف الكتلة بحساب تسارعه.
تقاس القوة بوحدة النيوتن، عندما تقاس الكتلة بوحدة (كغ)، والتسارع بوحدة (م/ث2). ويعرف النيوتن بأنه القوة التي إذا أثرت في جسم كتلته (1) كغ، أكسبته تسارعاً باتجاهها مقداره (1) م/ث2.
قانون نيوتن الثالث في الحركة
إن التأثير بقوة في جسم يتطلب تفاعلاً (أي تأثيراً متبادلاً) بين هذا الجسم وجسم آخر. فإذا دفعت جسماً حدث تفاعل بين يدك وذلك الجسم؛ وإذا تعلقت بحبل فهنالك تفاعل بينك وبين الحبل ينشأ عنه قوة تؤثر فيك، وقوة أخرى تؤثر في الحبل.
لكل فعل رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
إن قوى الجذب المتبادلة سواء بين الأجرام السماوية، أو الجسيمات الأولية هي أيضاً تطبيق لقانون نيوتن الثالث؛ والشمس تجذب الأرض بقوة تجبرها على الدوران حولها، وكذلك النواة تجذب الالكترون وهكذا.
المراجع
m3loma.com/ellmia/index.php?badre=121 موسوعة العلمية الشاملة
التصانيف
فيزياء نظرية