قانون نيوتن الأول والثاني

نص قانون نيوتن الأول

ينصّ قانون نيوتن الأول (بالإنجليزية: Newton's first law) على أنّ الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك يبقى متحركًا بسرعة ثابتة وفي نفس الاتجاه، ما لم تُؤثّر فيه قوة خارجية تُغيّر من حالته، وهو ما يُعرف أيضاً بقانون القصور الذاتي (بالإنجليزية:Inertia)،^[١]والذي يعتمد على كتلة الجسم، فكلّما كانت الكتلة أكبر كان تحريك أو تغيير اتجاه وسرعة الجسم أكبر وأصعب.^[٢]

أمثلة على قانون نيوتن الأول

هناك العديد من الأمثلة المتعلقة بقانون نيوتن الأول، ومنها ما يأتي:^[٣]

• إطلاق صاروخ عبر الغلاف الجوي.
• التغيّر في حركة الطائرات الورقية عند تغيّر الرياح.
• تأثير الطيار بقوة معينة في دواسة الوقود، لتبدأ بعدها الطائرة بالتحرّك ثمّ التحليق.
• تأثير اللاعب في كرة الغولف الساكنة بقوة معينة بعصا الغولف والذي سيُؤدي إلى تحرّكها من موضعها.^[٤]
• تأثير السائق بقوة معينة على دواسة الوقود ستحرّك السيارة، وعند إزالة قدم السائق عن الدواسة تستمر السيارة بالسير حتى تتباطئ لتأثرها بقوى الاحتكاك الخارجية. ^[٤]
• حركة الأجسام على الأسطح الخشنة والملساء، فعند تحرك جسم على سطح مائل خشن من السكون، سيتأثر بقوة الاحتكاك التي تنشأ بينه وبين السطح، والتي ستعيق حركته وتقلل سرعته، على عكس حركته على السطح الأملس والتي ستكون أسهل وبسرعة ثابتة وفي اتجاه واحد؛ وذلك لأنّ قوة الاحتكاك تكون أقل بكثير.^[٥]

نص قانون نيوتن الثاني

ينص قانون نيوتن الثاني (بالإنجليزية: Newton's second law) على أنّه إذا أثّرت قوة أو مجموعة من القوى على جسم ما فإنّها تُكسبه تسارعًا، يتناسب طرديًا مع هذه القوة وعكسيًا مع كتلته، حيث يزداد تسارع الجسم بازدياد القوة المؤثرة عليه، وينخفض تسارعه بزيادة كتلته.^[٦]

الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثاني

يُمكن تمثيل القانون الثاني لنيوتن رياضياً بالمعادلة الآتية:^[٦]

القوة = الكتلة × التسارع

ق = ك × ت

حيث إنّ:

• ق: القوة، وتُقاس بوحدة نيوتن.
• ك: الكتلة، وتقاس بوحدة (كغ).
• ت: التسارع، ويُقاس بوحدة (م/ث2).

مسائل حسابية على قانون نيوتن الثاني

فيما يأتي بعض المسائل والأمثلة على قانون نيوتن الثاني:

مقدار القوة المؤثرة في سيارة متحركة

سيارة ذات كتلة مقدارها 3000 كغ، وتسير بتسارع مقداره 5 م/ث2، فما مقدار القوة التي تؤثر فيها؟

الحل:

• بتطبيق قانون نيوتن الثاني للحركة، يُمكن حساب القوة من خلال الآتي:
• القوة = الكتلة × التسارع
• القوة= 3000 كغ × 5 م/ث2 = 15000 نيوتن.

مقدار الكتلة لكرة حديدية متحركة

تتحرك كرة حديدية بتأثير قوة مقدارها 10نيوتن، وبتسارع مقداره 2 م/ث2، فكم تبلغ كتلتها؟

الحل:

• بتطبيق قانون نيوتن للحركة، يُمكن حساب الكتلة من خلال الآتي:
• القوة = الكتلة × التسارع
• 10 = الكتلة × 2
• الكتلة= 10 ÷ 2 = 5 كغ.

مقدار التسارع لجسم متحرك

تعرض جسم كتلته 8 كغ لقوة خارجية مقدارها 16 نيوتن، فما مقدار تسارعه؟

الحل:

• بتطبيق قانون نيوتن للحركة، يُمكن الحصول على قيمة التسارع، من خلال الآتي:
• القوة = الكتلة × التسارع
• 16 = 8 × التسارع
• التسارع= 16 ÷ 8 = 2م/ث2.

مقدار الكتلة لجسم متحرك

تأثّر جسم بقوة مقدارها 15 نيوتن، واكتسب تسارع مقداره 5 (م/ث2)، فما مقدار كتلته؟

الحل:

• بتطبيق قانون نيوتن للحركة، يُمكن الحصول على قيمة الكتلة، من خلال الآتي:
• القوة = الكتلة × التسارع
• 15 = الكتلة × 5
• الكتلة= 15÷ 5 = 3 كغ.

قدّم العالم إسحق نيوتن العديد من الإنجازات والاكتشافات في علم الفيزياء، وأهمّ ما وضعه القوانين الثلاثة التي تُفسّر حركة الأجسام، والتي أُطلق عليها قوانين نيوتن للحركة، حيث وضّح فيها العلاقة ما بين حركة الجسم والقوة التي تؤثر فيه، ويُذكر أنّ تطبيقات قوانين نيوتن متعددة سواء في الطبيعة أو في الحياة اليومية، ومن أهمّها؛ حركة الطائرات الورقية التي تتأثر في تغيّرات الرياح، وإطلاق الصاروخ من حالة السكون في الغلاف الجوي، وحركة الأجسام على الأسطح الخشنة والملساء، وغيرها الكثير.

المراجع

1. ↑ "Newton's Three Laws of Motion", pas.rochester, Retrieved 2/9/2021. Edited.
2. ↑ Andrew Zimmerman Jones (12/8/2019), "Inertia and the Laws of Motion", Throughout , Retrieved 2/9/2021. Edited.
3. ↑ "Newton’s Laws of Motion", .grc.nasa, Retrieved 2/9/2021. Edited.
4. ^ ^{أ ب} John Simmons (10/1/2013), "Newton's First Law of Motion: Examples of the Effect of Force on Motion", study, Retrieved 2/9/2021. Edited.
5. ↑ "Further Applications of Newton’s Laws", Lumen, Retrieved 5/9/2021. Edited.
6. ^ ^{أ ب} "Newton's Second Law", the physics classroom, Retrieved 2/9/2021. Edited.