ما هو قانون نيوتن الأول
نسمع جميعًا عن قوانين نيوتن ، لكننا لا نعرف كم ونصوص هذه القوانين وكيف يمكننا تطبيقها في حياتنا اليومية.
) يظل الجسم ثابتًا ويتحرك الجسم المتحرك بسرعة ثابتة وفي خط مستقيم ما لم تعمل عليه قوة خارجية لتغيير حالته (يُعرف قانون نيوتن الأول باسم قانون القصور الذاتي وفي اللغة الإنجليزية يُعرف أيضًا باسم قانون القصور الذاتي))
هذا القانون هو أحد قوانين نيوتن الثلاثة للحركة ، والمعروف باللغة الإنجليزية باسم:
(قوانين نيوتن الثلاثة للحركة)
يتعامل قانون نيوتن الأول مع الحديث عن جزأين أساسيين ، جسم متحرك وجسم ثابت ، وأيضًا تأثير كل منهما عند تعرضه لقوة خارجية غير متوازنة.
. (قوة غير متوازنة)
في الجزء الأول من القانون ، يتحدث نيوتن عن الأجسام الثابتة ويقول إنه إذا كان هناك جسم ثابت ، فمن المؤكد بالنسبة لنا أن هذا الجسم سيبقى في نفس حالة الراحة ما لم يتعرض لقوة خارجية غير متوازنة. في هذه الحالة ، بالطبع ، سيتغير من حالة الراحة إلى حالة الحركة.
في الجزء الثاني ، يتحدث أيضًا عن حقيقة أنه إذا كان هناك جسم متحرك وكان هذا الجسم يتحرك في خط مستقيم بسرعة معينة ونسبة ثابتة ، فمن المؤكد أن هذا الجسم سيبقى في نفس حالة الحركة وبنفس السرعة ، ما لم يتعرض لقوة غير متوازنة من الخارج ولا تبدأ في التأثير عليها ، ففي هذه الحالة يبدأ الجسم في التغير في سرعة وطبيعة الحركة.
إسحاق نيوتن وقوانينه
هل ما زلنا نتحدث عن موضوعنا ، وهو أول قانون لنيوتن؟ حيث نعلم جميعًا قصة تفاحة سقطت على رأس نيوتن أثناء جلوسه تحت شجرة وهذا الحادث الذي يكرر نفسه مرارًا وتكرارًا جعله ينشئ ثلاثة قوانين مهمة جدًا تُعرف بقوانين نيوتن للحركة وهذه القوانين تدرس في الفيزياء كتب في المدارس والجامعات ، بما في ذلك قانون نيوتن الأول ، وهو موضوع مقالتنا اليوم.
في عام 1666 ، كتب العالم إسحاق نيوتن قوانينه التي تتعامل مع جاذبية الأرض ، وكان عمره 32 عامًا فقط في ذلك الوقت.
بعد عشرين عامًا ، كتب كتابه الشهير في الفيزياء ، والمعروف باسم (المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية) ، والذي تحدث فيه بإسهاب عن قوانين الحركة الثلاثة التي اشتهر بها والتي كانت بمثابة حجر الزاوية في مجال الكلاسيكية. الفيزياء أو علم الديناميات كما يسميه الخبراء.
الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الأول
بينما نحن على وشك الإجابة على السؤال ، ما هو قانون نيوتن الأول؟ فيما يلي سنناقش شكل الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الأول ، وهي كالتالي:
أولاً ، عند الراحة ، قيمة القوة الخارجية المؤثرة على الجسم = 0
أو sΣ = 0
حيث تكون القوة المؤثرة في اللغة الإنجليزية هي S أو F
بما أن مجموع قيم القوة = 0 ، فإن الجسم يظل في وضع السكون في مكانه
وذلك (p) أو J = 0
(ع) هذه هي سرعة الجسم بالوحدة: م / ث
(و) J هو الوقت بوحدات w
هذا يعني أن الجسم الثابت ظل ثابتًا في مكانه
وأن الجسم المتحرك ظل ثابتًا بمرور الوقت بنفس السرعة والاتجاه
أو نقول غير ذلك:
إذا كان الجسم في حالة سكون ، فإن سرعته = 0 وتسارعه = 0
والجسم في حالة الحركة المنتظمة ، سرعته لا تساوي صفرًا (ع 0) ، ولكن لكي يستمر الجسم في نفس الاتجاه وبنفس السرعة ، فهذا يعني أن العجلة = 0
تطبيق لقانون نيوتن الأول
ما زلنا على إجابة سؤال ما هو قانون نيوتن الأول ، حيث يسأل الكثير من الناس عن إمكانية تطبيق قانون نيوتن الأول على بعض المواقف التي نتعرض لها في حياتنا اليومية ، لذلك سوف نعرض لك بعض المواقف التي تنطبق عليها ، بما في ذلك ما يلي:
- في حال كنت تتوقع أن يقوم لاعب كرة القدم المفضل لديك بركل الكرة في الركلات الحرة في مباريات كرة القدم ، فإن أيًا من الاحتمالات التي يمكن أن تحدث للكرة ، يمكننا تطبيق قانون نيوتن الأول عليها.
- على سبيل المثال ، في حالة وجود كرة ثابتة في الحقل ، يكون مجموع مقادير القوة المؤثرة عليها = 0 ، لأن أرضية المجال على جانب واحد والجاذبية على الجانب الآخر ، وتظل الكرة ثابتة في مكان وهنا الجدار.
- القلم الذي يوضع على سطح صلب ، مثل مكتب أو طاولة ، سيظل دائمًا ثابتًا وثابتًا ولن يتحرك أبدًا ما لم يتعرض لقوة خارجية تؤثر على حالته ، مثل تحريكه ، أو حتى توجيه هواء قوي إليه.
- وبالمثل ، فإن لوح التزلج يتحرك بنفس السرعة وبشكل مستقيم إذا لم يتعرض لقوة خارجية مثل الاحتكاك مع صخرة أو حافة أو انخفاض.
- إذا رميت كرة ، وفقًا لقانون نيوتن الأول ، يجب أن تظل في اتجاهها من خلال الصعود وبنفس السرعة ، ولكنها تحدث بشكل مختلف عن بعد
- ولحظات قليلة من ارتفاعه ، يبدأ في السقوط في الاتجاه المعاكس لسقوطه على الأرض ، متأثرًا بقوة أخرى ، وهي قوة الجاذبية.
- تتحرك السيارة في اتجاه معين بنفس السرعة ، ولكن إذا اصطدمت بقوة خارجية مثل جدار أو اصطدام سيارة أخرى بها ، فإنها تتوقف تمامًا بسبب القوة الخارجية التي واجهتها.
- وبالمثل ، فإن الكوب الموضوع على طاولة لن يتحرك من مكانه حتى تتدخل يدك كقوة خارجية مثلا ، وتحركها من هنا إلى هناك وتغير حالتها.
- على سبيل المثال ، عندما تقام الألعاب الأولمبية ، نجد أن المنافسين ، وخاصة العدائين ، يعبرون خط النهاية عدة أمتار للتوقف ، لأن أجسادنا تقاوم تغيير الطريقة التي تتحرك بها ، وهو ما يفسر معنى مصطلح قانون القصور الذاتي.
تطبيق قانون نيوتن على حركة الأجسام في الفضاء
الكون لا يحتوي على أي جاذبية وهذا أفضل مثال على تطبيق قانون نيوتن الأول عليه ، لأننا في كثير من الأحيان لا نجد أي تأثيرات على الحركة أو بقية الأجسام الكون بالطبع ، بعضكم قد سمع عن ذلك – يسمى مسبار نيو هورايزون New Horizon والذي يطفو في الفضاء من عام 2006 حتى اليوم.
ما هي القوة الخارجية؟
عن الحديث عن ما هو قانون نيوتن الأول؟ يخبرنا قانون نيوتن الأول أن هناك شرطًا لتطبيقه ، وهذا الشرط هو وجود قوة خارجية غير متوازنة يتعرض لها جسم ثابت أو متحرك. هذه القوة الخارجية هي التغيير الذي يحدث في الطاقة الميكانيكية سواء كانت هذه القوة كامنة أو متحركة.
لن تسقط ثمرة الشجرة على الأرض أبدًا إذا لم تكن هناك قوة خارجية تعمل عليها ، وهي بالطبع قوة الجاذبية.
كرة القدم ، أو أي كرة ، إذا كانت تتدحرج على سطح أملس ومستوٍ ، ستستمر في التحرك بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه ما لم تصطدم بسطح خشن ، وهو في هذا المثال قوة خارجية تتغير. حالة الكرة من الحركة العادية إلى الراحة.
أسئلة حول تطبيق قانون نيوتن الأول
استمرارًا في تقديم الإجابة على سؤال ما هو قانون نيوتن الأول ، إليك بعض الأسئلة التي ستوضح الإجابة بطريقة أبسط ، ومن هذه الأسئلة ما يلي:
- إذا وُضع جسم كتلته 30 كيلوجرامًا على سطح أفقي في حالة سكون ، فكيف تحسب مقدار القوة العمودية المؤثرة عليه؟
أولاً: يكون هذا الجسم ثابتًا إذا كان مجموع قيم القوة الخارجية المؤثرة عليه هو s = 0 وفقًا لقانون نيوتن الأول.
ثانيًا: نحسب الكتلة والكتلة = كتلة الجاذبية.
إذن: الوزن الإجمالي = حوالي 30 نيوتن.
وبما أن أي جسم مثبت على سطح أفقي ، فهناك قوة رأسية تؤثر عليه وأيضًا قوة لأسفل مرتبطة بوزن الجسم نفسه ، ونعلم مسبقًا أن ناتج كل القوة = 0 ، لذا القوة العمودية = الكتلة = 30 نيوتن.
- إذا كانت هناك قوة ، فلنفترض أنها s1 وهي 5 نيوتن وهي في الاتجاه الصحيح ، وقوة أخرى ، ولنفترض أنها s2 ، وهي في نفس الاتجاه وهي 4 نيوتن وثلث القوة إلى اليسار ، ولنفترض أنه s3 ولا نعرف حجمه. احسب مقدار القوة الأخيرة ، مع العلم أن مجموع قيم جميع القوى = 0.
أولاً: نعلم أن مجموع مقادير القوة = 0 ، لذا s1 + s2 + s3 = 0
إذًا المقدار s3 = 9 نيوتن.
هل يمكن تطبيق قانون نيوتن الأول على حركة الكواكب ودورانها حول الشمس؟
الجواب على هذا السؤال بالطبع لا.
هل ناقشنا ماهية قانون نيوتن الأول؟ كما ذكرنا سابقًا ، هناك شرط أساسي لقانون نيوتن الأول ، وهو أن يتحرك الجسم بسرعة ثابتة وفي خط مستقيم ، وهو أمر غير متوفر هنا.
نظرًا لأن جميع الكواكب تدور حول الشمس في مسارات تسمى المدارات الإهليلجية ، فإنها تحتاج أساسًا إلى قوة خارجية لتدور بنفس السرعة وزاوية الدوران حول الشمس.
هل هناك أي قوة تؤثر على الجسم عندما يكون في حالة راحة؟
بالطبع الجواب على هذا السؤال هو نعم.
تؤثر القوة بالتأكيد على الجسم في حالة السكون ، لكن المعادلة s = 0 تنطبق على تلك القوة
هذا يعني أن القيمة الإجمالية للقوة المؤثرة على الجسم في حالة الراحة = 0 ، لأنه من الممكن أن يكون لها قوى معاكسة ، أي
بناءً على ما ذكرناه ، سنجيب على ما هو قانون نيوتن الأول؟ إن شرط تطبيق هذا القانون هو وجود قوة خارجية غير متوازنة يتعرض لها الجسم من أجل تغيير حالته أو سرعته أو اتجاهه.