قانون نيوتن الأول
يتحدث قانون نيوتن عن أشياء لها كتل رياضية كبيرة ليس لها حجم أو حركة ، مما تسبب في حذف العديد من العوامل مثل: الاحتكاك ، ومقاومة الهواء ، وخصائص المواد والحرارة ، لكن نيوتن واصل شرح الظواهر التي يمكننا وصفها بأنها سلوك الأشياء ، لذلك جاء بقوانين نيوتن الأول والثاني والثالث.
نشر نيوتن ثلاثة قوانين للحركة في كتابه “المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية” عام 1687 ، وما زالت هذه القوانين حتى يومنا هذا من بين أهم قوانين الفيزياء التي لا تزال قيد الاستخدام ، حتى أنها تُستخدم في قانون كليبر لحركة الكواكب.
ينص نص قانون نيوتن الأول على ما يلي: “يظل الجسد في حالة راحة ما لم تعمل القوى الخارجية عليه وتتحرك معه”. يقول نيوتن إن الجسم الذي يتحرك في خط مستقيم سيبقى أيضًا في حالة حركة ما لم تتغير قوى أخرى حركتها. حالة.
أي أن نيوتن يعني أن الأشياء لا تتحرك من تلقاء نفسها ، ولكن هناك دائمًا قوى خارجية تؤثر على حركة هذه الأجسام ، وسرعة الجسم ثابتة ، أي أن الحجم والاتجاه ثابتان ، ويمكن أن يكون هذا القانون معبر عنها بالعلاقة الرياضية التالية:
من هذه العلاقة الرياضية نشتق الثوابت التالية: “يظل الجسم الساكن غير متأثر بالقوى الخارجية ، ويبقى الجسم المتحرك كما هو طالما أنه لا يتأثر بالقوى الخارجية”.
تسمى الحالة التي يكون فيها الجسم أيضًا بالحركة المنتظمة ، لذلك يحافظ الجسم دائمًا على سرعته واتجاهه ما لم يعبره جسم آخر ، ومثال على ذلك هو سفن الفضاء التي تستمر في التحرك في مساحة واسعة.
أسس نيوتن القانون الأول للحركة كإطار مرجعي لتفسير وتطبيق القوانين الأخرى ، ويشار إلى هذا القانون باسم قانون “القصور الذاتي” ، والذي يوضح أن الجسم يجب أن يكون مجموع القوى. بالتصرف عليها مساوية للصفر لإبقائها في حالة حركة منتظمة ، أي جسم في الفضاء يعتمد على عمل القوى ، ومجموع هذه القوى يتضاءل عندما تكون سرعة الجسم ثابتة.
قانون نيوتن الثاني
ينص قانون نيوتن الثاني على ما يلي: “إذا تحركت القوى على جسم ما ، فإنها تمنحه تسارعًا يتناسب طرديًا مع قوته ويتناسب عكسًا مع كتلته”.
بما أن f تمثل القوى ، و m تمثل الكتلة ، و a تمثل السرعة ، وهذا القانون يثبت أن الأجسام يتم التأثير عليها بأكثر من القوى الخارجية ، ولحسابها ، نضرب كتلة هذا الجسم في مقدار سرعته ونجد من القوى المؤثرة على هذا الجسم ، يجب أن نعرف أولاً قوى الجاذبية التي تتوافق مع القوى المتعامدة مع الجسم المتحرك المستندة إليه وتسمى قوة الطبيعة.
عندما نفرق مقدار الحركة كدالة زمنية ، فالنتيجة ليست صفرًا ، لأنه عندما يكون هناك تغيير في الحركة ولا تغيير في المقدار ، تنطبق هذه العلاقة ، وهو قانون نيوتن الثاني ، وعندما يكون مجموع الكل القوى المؤثرة على الجسم = صفر ، مقدار حركة هذا الجسم ثابت ، على النحو التالي:
- يتغير الزخم عندما تتغير الكتلة ، حتى لو لم تكن هناك قوى خارجية.
- يجب أن تؤخذ النسبية في الاعتبار عند استخدام قانون نيوتن الثاني لأن حاصل ضرب الكتلة والسرعة ليس صحيحًا على النحو الأمثل.
قانون نيوتن الثالث
في سياق تحديد قوانين نيوتن الأول والثاني والثالث ، سنشرح أن الثالث يقول ، “لكل فعل رد فعل متساوٍ في الحجم واتجاه معاكس.” هذا القانون يعني أن كل جسم متحرك له حركة معاكسة. من الجسم الثاني يساويها ولكن في الاتجاه المعاكس سنشرح تفاصيل القانون في الأسطر التالية:
- يعني هذا القانون أن القوى متبادلة بين الأجسام ، وهذا يعني أنه عندما تعمل القوى على جسم ما ، يجب أن يكون لهذا الجسم قوى أخرى تعيده إلى ذلك الجسم مساوية تمامًا في الحجم للقوى الموجودة على الجسم الأول.
- في بعض الأحيان يتم تحديد حجم القوى بجسم واحد فقط. عندما يعمل الجسم 1 على الجسم 2 ، فإن الجسم 1 هو الفعل والجسم 2 يعمل على الجسم 1 ، وهو رد الفعل. يسمى هذا القانون عادة قانون الفعل ورد الفعل.
- في بعض الأحيان نحسب حجم واتجاه القوى على مسار جسمين تجاه بعضهما البعض وليس أحدهما فقط ، وفي هذه الحالة ، لا نستخدم الكلمات الفعل ورد الفعل ، لأن هاتين قوتان منفصلتان.
أمثلة من الحياة على قوانين نيوتن الثلاثة
استخدم نيوتن هذه القوانين لشرح الحركة في جميع جوانب الحياة ، لذلك نرى أن أي جسم كان في حالة راحة أو حركة ، ويتم تفسير حالته بناءً على قوانين نيوتن الأول والثاني والثالث ، وسنقدم بعض الأمثلة على النحو التالي :
1 قانون نيوتن الأول
يحتوي قانون نيوتن الأول على العديد من الأمثلة الواقعية ويمكن تطبيقه على جميع جوانب الحياة اليومية ، بما في ذلك:
- أن يبقى الحجر ثابتًا ما لم تأتي عليه قوى أخرى وتحركه.
- عند تخزين العجلة ، فإنها تظل في مكانها ما لم تعمل عليها قوى خارجية.
- عندما تتدحرج الكرة ، فإنها تظل في خط مستقيم ما لم تكن هناك قوى خارجية تعمل عليها لإيقافها أو التأثير على اتجاهها.
2 قانون نيوتن الثاني
يستخدم قانون نيوتن الثاني في مواقف يومية مختلفة حيث نتعامل مع جسمين بقوتين مختلفتين. الأمثلة هي:
- تختلف القوى التي تحتاجها سيارة كبيرة عن سيارة صغيرة.
- الشخص ذو الوزن الثقيل يتحرك بسرعة مختلفة عن الشخص ذي الوزن الخفيف.
3 قانون نيوتن الثالث
هناك العديد من الأمثلة حيث ينطبق قانون نيوتن الثالث في الحياة اليومية. أي جسم يتحرك في حركة غير ثابتة يفسره هذا القانون ، وهذه الأمثلة هي:
- عندما تسبح السمكة بقوة وسرعة معينتين ، فإنها تولد قوى رد فعل تخرج من الماء على جسم السمكة ، مساوية لقوى زعانف السمكة ، ولكن هذه القوى في الاتجاه المعاكس ، وهذه الطاقة تدفع الأسماك. الجسم إلى الأمام. .
- لكي تحلق المروحية ، فإنها تدفع الهواء لأسفل لتتسلق ، ويؤثر عليها نفس قوة الدفع مثل الطائرة ، ولكن لأعلى.
- لكي يطير الطائر ، فإنه يدفع الهواء إلى الخلف بجناحيه ، مما يجعل الطائر يدفع نفسه للأمام.
- عندما تسحب الشريط المطاطي ، يرتد إلى الخلف بنفس قوة المرة الأولى.
- عندما يسير الإنسان على الطريق فإنه يؤثر عليها ، وهذا الطريق يؤثر عليه كما يحدث بين الطريق والسيارة.
أنواع الحركة
تتغير الحركة وتتغير حسب الاتجاه الذي يتحرك فيه الجسم المتحرك وكيف يتحرك ذلك الجسم ، لذلك بعد شرح قوانين نيوتن الأولى والثانية والثالثة ، سنشرح أنواع الحركة في النقاط التالية:
- الحركة الانتقالية: الحركة التي يتحرك فيها الجسم في خط مستقيم ولا ينحرف عن هذا الخط.
- الحركة الدورانية: هي حركة يدور فيها الجسم حول نفسه في دائرة وتعتمد هذه الحركة على قوى عزم الدوران ، وهي القوى التي يحتاجها الجسم للتحرك.
- الحركة التذبذبية: هي حركة تحدث بسبب تغيير معين مع مقدار ثابت من الوقت المطلوب لهذه الحركة.
تعد قوانين نيوتن الأول والثاني والثالث من أهم القوانين التي تفسر حركة الأجسام ، ولم تتضاءل أهميتها الكبيرة في القرون الثلاثة منذ اكتشافها وحتى عصرنا.