ما هو قانون نيوتن الثاني؟
نُشرت قوانين الحركة الثلاثة للسير إسحاق نيوتن لأول مرة عام 1687 واستمرت في تقديم وصف دقيق جدًا عن الطبيعة (مع استثناءات قليلة، مثل سلوك الأشياء في الفضاء البعيد أو داخل الذرات)، حيث إنها تمثل بعض النجاحات الأولى العظيمة للبشرية في استخدام الصيغ الرياضية البسيطة لوصف العالم الطبيعي وتشكيل نظرية فيزيائية أنيقة وبديهية مهدت الطريق لتطورات لاحقة في الفيزياء.
تنطبق هذه القوانين على الأشياء في العالم الحقيقي وقد سمحت لنا بالقيام بأشياء مثل محاكاة اصطدام السيارات والتنقل في المركبات الفضائية ولعب البلياردو جيدًا، سواء كنا على دراية بها أم لا، فإن قوانين نيوتن للحركة تلعب دورًا في كل عمل جسدي تقريبًا في حياتنا اليومية.
يتعلق قانون نيوتن الثاني للحركة بسلوك الأشياء التي لا تتوازن فيها جميع القوى الموجودة، وينص القانون الثاني على أن تسارع الجسم يعتمد على متغيرين، القوة الكلية المؤثرة على الجسم وكتلة الجسم، حيث يعتمد تسارع الجسم بشكل مباشر على القوة الكلية المؤثرة عليه، وعكسًيا على كتلة الجسم مع زيادة القوة المؤثرة على الجسم، يزداد تسارع الجسم مع زيادة كتلة الجسم، وينخفض تسارع الجسم بنقص كتلته.
قانون نيوتن الثاني هو وصف كمي للتغييرات التي يمكن أن تنتجها القوة على حركة الجسم، وتنص على أنه عندما تؤثر قوة خارجية على جسم ما، فإنها تنتج تسارعًا (تغيرًا في السرعة) للجسم في اتجاه القوة، كما تتم كتابة هذه الفرضية بشكل شائع على أنها F = ma، حيث F (القوة) و a (التسارع) كلاهما كميات متجهة وبالتالي يكون لهما الحجم والاتجاه، و m (الكتلة) ثابت.
قانون نيوتن الثاني والزخم:
قانون نيوتن الثاني هو وصف كمي للتغييرات التي يمكن أن تنتجها القوة على حركة الجسم، تنص على أن المعدل الزمني لتغير زخم الجسم يساوي في الحجم والاتجاه القوة المفروضة عليه، زخم جسم يساوي حاصل ضرب كتلته وسرعته.
الزخم، مثل السرعة حيث أنه كمية متجهة لها مقدار واتجاه، كما يمكن للقوة المطبقة على الجسم أن تغير مقدار الزخم أو اتجاهه أو كليهما، ويعد قانون نيوتن الثاني أحد أهم قوانين الفيزياء، بالنسبة لجسم كتلته m ثابتة، يمكن كتابتها بالصيغة F = ma ، حيث F (القوة) و a (التسارع) كلاهما كميات متجهة، فإذا كان لجسم ما قوة صافية تؤثر عليه، يتم تسريعها وفقًا للمعادلة على العكس من ذلك ، إذا لم يتم تسريع الجسم، فلا توجد قوة صافية تؤثر عليه.
على الرغم من أنه قد يبدو كثيفًا بعض الشيء، فإن قانون نيوتن الثاني هو أحد أهم قوانين الفيزياء، ومثل القانون الأول فهو أيضًا بديهي جدًا، وعلى سبيل المثال التفكير في كرة مطاطية صغيرة وكرة بولينج، من أجل جعلهم يتدحرجون معًا بنفس السرعة، ستحتاج إلى الضغط بقوة أكبر (تطبيق المزيد من القوة) على كرة البولينج الأكبر والأثقل لأنها تحتوي على كتلة أكبر وبالمثل، إذا كانت الكرتان تتدحرجان معًا أسفل تل، فيمكنك التنبؤ بأن كرة البولينج ستصطدم بجدار بقوة أكثر ضررًا من الكرة الأصغر، وهذا لأن قوتها تساوي حاصل ضرب كتلتها وتسارعها.
معادلة قانون نيوتن الثاني:
يمكن تحديد قانون نيوتن الثاني للحركة رسميًا على النحو التالي: إن تسارع الجسم الناتج عن قوة محسوسة يتناسب طرديًا مع حجم القوة الكلية، في نفس اتجاه القوة الكلية، ويتناسب عكسيًا مع كتلة الجسم.
يمكن التعبير عن هذا البيان اللفظي في شكل معادلة على النحو التالي:a = Fnet / m، وغالبًا ما يتم إعادة ترتيب المعادلة أعلاه إلى شكل أكثر شيوعًا كما هو موضح أدناه القوة الكلية تعادل حاصل ضرب الكتلة في التسارعFnet = m • a ، التركيز على القوة المحصلة، حيث أن التسارع يتناسب طرديا مع صافي القوة؛ القوة الكلية تساوي الكتلة مضروبة في التسارع؛ التسارع في نفس اتجاه صافي القوة؛ يتم إنتاج التسارع بواسطة صافي القوة.
القوة الصافية من المهم أن نتذكر هذا التمييز، حيث لا تستخدم قيمة مجرد “أي قوة أولية”، إنها القوة الكلية المرتبطة بالتسارع، إن القوة الكلية هي مجموع متجه لجميع القوى، فإذا كانت جميع القوى الفردية المؤثرة على جسم معروفة، فيمكن تحديد القوة الكلية.
تمشيا مع المعادلة أعلاه، وحدة القوة تساوي وحدة كتلة مضروبة في وحدة تسارع، عن طريق استبدال الوحدات المترية القياسية بالقوة والكتلة والتسارع في المعادلة أعلاه، يمكن كتابة معادلة الوحدة التالية، 1نيوتن = 1 كجم • م / ث 21، ويتم تحديد تعريف وحدة القياس القياسية للقوة من خلال المعادلة أعلاه، حيث يتم تعريف نيوتن الواحد على أنه مقدار القوة المطلوبة لإعطاء كتلة 1 كجم تسارع 1 م / ث / ث.
عند تحديد اتجاه صافي القوة والتسارع فإن اتجاه صافي القوة في نفس اتجاه التسارع وبالتالي، إذا كان اتجاه التسارع معروفًا، فإن اتجاه صافي القوة معروف أيضًا، يقدم قانون نيوتن الثاني تفسيرًا لسلوك الأشياء التي لا تتوازن فيها القوى، حيث ينص القانون على أن القوى غير المتوازنة تتسبب في تسارع الأجسام مع تسارع يتناسب طرديا مع القوة الكلية ويتناسب عكسيا مع الكتلة.
