اقرأ في هذا المقال
- ما هي أنواع القوى المؤثرة في حركة الأجسام؟
- ما هو مفهوم القوى المؤثرة في حركة الأجسام؟
- ما هي وحدة قياس القوة؟
- قوانين الحركة المؤثرة في الأجسام
تلعب القوى دورًا أساسيًا في حركة الأجسام وتحديد سلوكها في الحياة اليومية وفي العالم الفيزيائي. سواء كنا نشاهد كرة تتحرك، أو سيارة تنطلق على الطريق، أو حتى سقوط الأجسام بسبب الجاذبية، فإن القوى هي العامل الرئيسي الذي يؤثر في هذه الحركة. تتنوع هذه القوى بين قوى الجاذبية والقوى المغناطيسية والاحتكاك وقوة الدفع وغيرها، وكل منها يساهم بطريقة معينة في تغيير سرعة الأجسام أو اتجاهها.
ما هي أنواع القوى المؤثرة في حركة الأجسام؟
1- قوة تطبيقية
وهي القوة التي يتم تطبيقها على كائن من قبل شخص أو كائن آخر، فإذا قام شخص بدفع مكتب عبر الغرفة، فهناك قوة مطبقة تؤثر على الجسم، حيث إن القوة المطبقة هي القوة التي يمارسها الشخص على المكتب.
2- قوة الجاذبية
وتُعرف أيضًا باسم الوزن، فهي القوة التي تجذب بها الأرض أو القمر أو أي جسم آخر كبير الحجم نحو نفسها بالتعريف، هذا هو وزن الشيء، تتعرض جميع الكائنات الموجودة على الأرض لقوة جاذبية يتم توجيهها “نحو الأسفل”؛ نحو مركز الأرض دائمًا ما تكون قوة الجاذبية على الأرض مساوية لوزن الجسم.
3- القوة الطبيعية
هي قوة الدعم التي تُمارس على جسم ما على اتصال بجسم ثابت آخر على سبيل المثال، إذا كان الكتاب قائمًا على سطح، فإن السطح يبذل قوة صاعدة على الكتاب من أجل دعم وزن الكتاب في بعض الأحيان، تُبذل قوة عادية أفقيًا بين جسمين على اتصال مع بعضهما البعض على سبيل المثال، إذا كان الشخص يميل على الحائط، فإن الجدار يدفع الشخص أفقيًا.
4- قوة الاحتكاك
هي القوة التي يبذلها سطح ما عندما يتحرك الجسم عبره أو يبذل جهدًا للتحرك عبره، هناك نوعان على الأقل من قوة الاحتكاك؛ الاحتكاك الانزلاقي والاحتكاك الساكن على الرغم من أن الأمر ليس كذلك دائمًا، إلا أن قوة الاحتكاك غالبًا ما تعارض حركة الجسم.
على سبيل المثال، إذا انزلق كتاب على سطح مكتب، فإن المكتب يبذل قوة احتكاك في الاتجاه المعاكس لحركته ينتج الاحتكاك عن ضغط السطحين معًا بشكل وثيق، مما يتسبب في قوى جذب بين الجزيئات بين جزيئات الأسطح المختلفة على هذا النحو، يعتمد الاحتكاك على طبيعة السطحين وعلى درجة ضغطهما معًا.
5- قوة الشد
هي القوة التي تنتقل من خلال خيط أو حبل أو كابل أو سلك عندما يتم شدها بقوة بواسطة قوى تعمل من طرفي نقيض، يتم توجيه قوة الشد على طول السلك وتسحب بشكل متساوٍ الأشياء الموجودة على طرفي السلك المعاكسين.
6- قوة الربيع
(قوة الزنبرك) هي القوة التي يمارسها زنبرك مضغوط أو ممتد على أي جسم متصل به، دائمًا ما يتم العمل على الكائن الذي يضغط الزنبرك أو يمتد من خلال قوة تعيد الكائن إلى وضع الراحة أو التوازن، بالنسبة لمعظم الزنبركات (خاصة تلك التي يقال إنها تلتزم بقانون هوك)، فإن حجم القوة يتناسب طرديًا مع مقدار تمدد أو ضغط الزنبرك.
7- مقاومة الهواء
هي نوع خاص من قوة الاحتكاك التي تؤثر على الأشياء أثناء انتقالها عبر الهواء، غالبًا ما يتم ملاحظة قوة مقاومة الهواء لمعارضة حركة الجسم، غالبًا ما يتم إهمال هذه القوة بسبب حجمها الضئيل (وبسبب حقيقة أنه من الصعب حسابياً التنبؤ بقيمتها)، يكون أكثر وضوحًا للأشياء التي تسافر بسرعات عالية (على سبيل المثال، لاعب القفز بالمظلات أو المتزلج على المنحدرات) أو للأشياء ذات المساحات الكبيرة.
ما هو مفهوم القوى المؤثرة في حركة الأجسام؟
- في الميكانيكا تعني القوة أي فعل يميل إلى الحفاظ على حركة الجسم أو تغييرها أو تشويهها، ووفقًا لمبدأ نيوتن الأول، فإن الجسم الذي يكون في حالة راحة أو يتحرك بمعدل موحد في خط مستقيم سيبقى في تلك الحالة حتى يتم تطبيق بعض القوة عليه.
- ينص القانون الثاني على أنه عندما تؤثر قوة خارجية على جسم ما، فإنها تنتج تسارعًا (تغيرًا في السرعة) للجسم في اتجاه القوة حجم العجلة يتناسب طرديا مع حجم القوة الخارجية ويتناسب عكسيا مع كمية المادة في الجسم.
- أما قانون نيوتن الثالث ينص على أنه عندما يمارس جسم ما قوة على جسم آخر، فإن الجسم الثاني يبذل نفس القوة على الجسم الأول، يشرح مبدأ الفعل ورد الفعل هذا سبب ميل القوة إلى تشويه الجسم (أي تغيير شكله) سواء تسببت في تحرك الجسم أم لا، عادة ما يتم إهمال تشوه الجسم عند فحص حركته.
- نظرًا لأن القوة لها مقدار واتجاه، فهي كمية متجهة، حيث إن تمثيل القوى بواسطة المتجهات يعني أنها مركزة إما في نقطة واحدة أو على طول خط واحد، على سبيل المثال تنتج القوة المطبقة قوة داخلية، أو إجهاد، يتم توزيعه على المقطع العرضي للمكون.
- تتوزع قوة الجاذبية بشكل ثابت في جميع أنحاء حجم الجسم، ومع ذلك عندما يكون توازن الجسم هو الاعتبار الأساسي، فمن الصحيح والمريح عمومًا افتراض أن القوى تتركز عند نقطة واحدة في حالة قوة الجاذبية، وقد يُفترض أن الوزن الإجمالي للجسم يتركز في مركز جاذبيته.
- قوتان مطبقتان في وقت واحد على نفس النقطة لها نفس تأثير قوة مكافئة واحدة، ويمكن إيجاد القوة الناتجة من خلال بناء متوازي أضلاع مع متجهات القوة الأولية التي تشكل جانبين متجاورين، حيث يعطي قطر متوازي الأضلاع متجه القوة المحصلة.
ما هي وحدة قياس القوة؟
يستخدم الفيزيائيون وحدة النيوتن، التي تُعد إحدى وحدات النظام الدولي (SI)، لقياس القوة. ويُعرَّف النيوتن بأنه القوة اللازمة لتسريع جسم كتلته كيلوغرام واحد بمعدل متر واحد في الثانية. ولحساب القوة المطلوبة لتغيير سرعة جسم معين، يُستخدم قانون نيوتن الثاني المعبَّر عنه بالصيغة: F = ma.
نيوتن هي وحدة القوة المطلقة في النظام الدولي للوحدات (وحدات SI)؛ تُعرَّف بأنها القوة اللازمة لتوفير كتلة مقدارها كيلوغرام واحد مع تسارع متر واحد في الثانية في الثانية. يساوي النيوتن الواحد قوة مقدارها 100000 داين في نظام السنتيمتر-جرام-الثانية (CGS) أو قوة تبلغ حوالي 0.2248 رطل في نظام القدم-باوند-الثانية، تم تسمية النيوتن على اسم السير إسحاق نيوتن، الذي يصف قانونه الثاني للحركة التغييرات التي يمكن أن تحدثها القوة في حركة الجسم.
قوانين الحركة المؤثرة في الأجسام
- قد يُنسب قانون نيوتن الأول إلى غاليليو غاليلي، تنص على أن الجسم يستمر في حالة الراحة أو في حركة موحدة على طول خط مستقيم ما لم يتم التصرف به بقوة، ويمكّن المرء من التعرف على وقت تأثير القوة.
- تتعرض كرة التنس التي يضربها مضرب لتغيير مفاجئ في حركتها يُعزى إلى قوة يمارسها المضرب يشعر اللاعب بصدمة التأثير، وفقًا لقانون نيوتن الثالث (الفعل ورد الفعل متساويان ومتعاكسان)، فإن القوة التي تمارسها الكرة على المضرب تساوي وتعاكس القوة التي يمارسها المضرب على الكرة علاوة على ذلك، هناك حركة ثانية متوازنة ورد فعل بين اللاعب والمضرب.
- يحدد قانون نيوتن الثاني مفهوم القوة بالإضافة إلى القصور الذاتي، حيث إن الجسم الذي يتصرف بناءً عليه بقوة ثابتة يعاني تسارعًا مستمرًا وبالتالي، فإن الجسم الساقط بحرية أو الكرة التي تتدحرج على مستوى له تسارع ثابت، وهذا يجب تفسيره وفقًا لمصطلحات نيوتن كدليل على أن قوة الجاذبية التي تسبب التسارع، لا تتغير من قبل الجسم.
- نفس القوة (على سبيل المثال، المطبقة بواسطة سلسلة تتضمن ميزان نابض للتحقق من أن القوة هي نفسها في تجارب مختلفة) المطبقة على أجسام مختلفة تسبب تسارعات مختلفة، ووجد أنه إذا تسببت القوة المختارة في تسارع الجسم أ مرتين كما هو الحال في الجسم ب، فإن قوة مختلفة تؤدي أيضًا إلى ضعف مقدار التسارع في أ كما في ب.
- تكون نسبة التسارع مستقلة عن القوة وبالتالي هي خاصية للأجساد وحدها، يقال إن لديهم قصورًا ذاتيًا (أو كتلة قصور ذاتي) متناسبًا عكسيًا مع التسارع هذه الحقيقة التجريبية، التي هي جوهر قانون نيوتن الثاني، تمكن المرء من تخصيص رقم لكل جسم يمثل مقياسًا لكتلته.
- وبالتالي يمكن اختيار جسم معين كمعيار للكتلة وتحديد الرقم 1، ويقال إن جسمًا آخر لديه كتلة بالمتر إذا أظهر الجسم جزءًا فقط 1 / م من تسارع هذا المعيار عندما يتعرض الاثنان إلى نفس القوة من خلال المضي في هذا الطريق، يمكن تخصيص كتلة لكل جسم، ولأن التجربة تسمح بإجراء هذا التعريف، فإن قوة معينة تجعل كل جسم يظهر التسارع f بحيث تكون mf هي نفسها لجميع الأجسام.
- هذا يعني أن الناتج mf يتم تحديده فقط بالقوة وليس بالجسم المعين الذي تعمل عليه، ويتم تعريف mf على أنه المقياس العددي للقوة، وبهذه الطريقة يتم التوصل إلى مجموعة متسقة من مقاييس القوة والكتلة لها خاصية F = mf. في هذه المعادلة، يجب تفسير F و m و f على أنها أرقام تقيس قوة القوة وحجم الكتلة ومعدل التسارع وحاصل ضرب الرقمين m و f يساوي دائمًا الرقم F، كما أن حاصل الضرب mv، المسمى motus (الحركة) بواسطة نيوتن، يسمى الآن الزخم، حيث ينص قانون نيوتن الثاني على أن معدل تغير الزخم يساوي قوة القوة المطبقة.
- بالنظر إلى ذلك، فإن القياس العددي للقوة يتبع من mf دون الحاجة إلى تحديد وحدة القوة وهكذا، في نظام الوحدات العالمي (SI)، حيث تكون الوحدات هي الكيلوغرام القياسي والمتر القياسي والثاني القياسي، فإن قوة الحجم الوحدة هي التي عند تطبيقها على كتلة كيلوغرام واحد، تسببها تزيد السرعة بثبات بمقدار متر واحد في الثانية خلال كل ثانية تعمل فيها القوة.
