شرح قانون نيوتن الثاني للحركة

عناصر الموضوع

1- ما هو قانون نيوتن الثاني؟

2- قانون نيوتن الثاني والزخم

3- معادلة قانون نيوتن الثاني

4- قانون التسارع والسرعة

5- تطبيقات قانون نيوتن الثاني

قانون نيوتن الثاني للحركة هو واحد من القوانين الأساسية التي وضعها اسحق نيوتن في مجال الميكانيكا حيث ينص هذا القانون على أن تسارع جسم ما يكون ناتج عن تأثير قوة خارجة عليه ويكون متناسب طرديا مع مقدار القوة المؤثرة وعكسيًا مع الكتلة حيث يمكن التعبير عنه رياضياً القانون بصيغة رياضية بسيطة: القوة (F) تساوي الكتلة (m) مضروبة في التسارع (a)، أو F = ma.

هذا القانون يعبر عن كيف تتغير حالة حركة الجسم عندما تؤثر القوة عليه، حيث كلما زادت القوة المؤثرة على الجسم زادت السرعة والعكس أيضا صحيح لكن عندما تكون الكتلة كبيرة فالتسارع يكون أقل بنفس القوة المؤثرة وهذا ما يوضحه القانون.

1- ما هو قانون نيوتن الثاني؟

قوانين الحركة لإسحاق نيوتن نشرت عام 1687م لأول مرا واستمرت في تقديم وصف للطبيعة ولكن مع بعض الاستثناءات مثل سلوك الأشياء في الفضاء أو داخل الذرات لإنها تمثل بعض النجاحات الأولي للبشرية لتشكيل نظرية فيزيائية بديهة أو لوصف العالم الطبيعي أو استخدام الصيغ الرياضية البسيطة لتمهيد الطريق إلى تطورات لاحقة في الفيزياء.

هذه القوانين تنطبق على الأشياء في العالم الحقيقي مثل اصطدام السيارات أو لعب البليادرو أو التنقل بالمراكب الفضائية، ف قوانين نيوتن تلعب دورا مهم في كل عمل جسدي في حياتنا اليومية تقريبًا.

قانون نيوتن الثاني ينص على أن تسارع الجسم يعتمد على متغيرين كتلة الجسم و القوة الكُلْيَة المؤثرة عليه فبذلك قانون نيوتن الثاني يتعلق ب سلوك الأشياء التي لا تتوازن فيها القوة الموجودة، حيق يعتمد تسارع الجسم عكسيًا على كتلة الجسم مع زيادة القوة المؤثرة عليه و بشكل مباشر على القوة الكُلْيَة و ينحفض الجسم بنقص الكتلة و يزداد التسارع مع زيادة كتلة الجسم.

و أيضا ينص قانون نيوتن القاني على أنه عندما تؤثر قوة خارجية على جسم ما فإنها تنتج تسارع للجسم في اتجاه القوة وتكتب هذه الفرضية بشكل شائع على إنها F = ma حيث f هي القوة a هي التسارع و m هي الكتلة كلهم كميات متجهة فبالتالي يكون لهم حجم و اتجاه ثابت.

2- قانون نيوتن الثاني والزخم

قانون نيوتن القاني و الزخم ينص على المعدل الزمني لتغير الزخم للجسم يساوي في الحجم و الاتجاه القوة المفروضة عليه حيث زخم الجسم يساوي حاصل ضرب كتلته و سرعته و هذا القانون هو وصف كمي للمتغيرات التي تنتج على القوة و حركة الجسم.

السرعة و الزخم متشابهان حيث انهم كميات متجهة لها اتجاه ومقدار ويمكن أيضا للقوة المطبقة على الجسم أن تغير مقدار الزخم أو اتجاهه حيث إن قانون نيوتن الثاني من اهم قوانين الفيزياء بالنسبة لجسم كتلته ثابتة، يمكن كتابتها بالصيغة F = ma كلهم كميات متجهة، عندما يكون للجسم قوة تؤثر عليه يتم تسريعها وفقا لمعادلة عكس ذلك وعندما لا توجد قوة تؤثر عليه فلم يتم تسريع الجسم.

قانون نيوتن الثاني مثل قانون نيوتن الأول فهو بديهي جدا بالرغم من انه يبدو كثيف بعض الشئ، مثال على ذلك التفكير في كرة بولينج و كرة مطاطية صغيرة لكي اجعلهم يتدحرجون معا بنفس السرعة نحتاج إلى الضغط بقوة على كرة البولنج الأكبر والأثقل لأنها تحتوى على كتلة اكبر ويمكن التنبؤ بان كرة البولينج تصطدم بالجدار بقوة اكبر من الكرة الأصغر وهذا إذا كانت الكرتان تتدحرجان معا اسفل تل وهذا لان قوتها تساوي حاصل ضرب الكتلة في التسارع.

3- معادلة قانون نيوتن الثاني

تحديد قانون نيوتن الثاني للحركة على هذا النحو : إن تسارع الجسم الناتج عن قوة محسوسة يتناسب طرديًا مع حجم القوة الكُلْيَة، في نفس اتجاه القوة الكُلْيَة، ويتناسب عكسيًا مع كتلة الجسم.

ويمكن التعبير عنه في شكل معادلة على هذا النحو a = Fnet / m ويمكن ترتين المعادلة إلى شكل اكثر شيوعا مثل القوة تعادل حاصل ضرب الكتلة في التسارع fnet=m*a لان التسارع يتناسب طرديا مع صافي القوة وأيضا القوة الكلية تساوي الكتلة في التسارع حيث التسارع في نفس اتجاه الكتلة ويتم انتاج التسارع بواسطة القوة.

لابد من تذكر تمييز الخاص بالقوة الصافية لأننا لا يمكن استخدام أي قوة أولية أخرى فهي القوة الكُلْيَة المرتبطة بالتسارع وهي مجموع جميع القوة المتجهة فإدا كانت القوة الفردية المؤثرة على جسم معروفة فعندا ذن يمكن تحديد القوة الكُلْيَة.

وحدة القوة تساوي الكتلة مضروبة في وحدة التسارع، يمكن كتابة معادلة الوحدة كالتالي 1نيوتن=1كجم.م/ثويتم تعريف نيوتن الواحد على انه القوة المطلوبة لإعطاء كتلة 1كمج تسارع 1 م /ث

إذا كان اتجاه التسارع معروف فعند ذلك يمكن تحديد صافي القوة و التسارع لان اتجاه صافي القوة في نفس اتجاه التسارع وبالتالي يكون اتجاه صافي القوة معروف، وينص قانون نيوتن الثاني على أن القُوَى غير المتوازنة تتسبب في تسارع الأجسام مع تسارع يتناسب طرديا مع القوة الكُلْيَة ويتناسب عكسيًا مع الكتلة. فبذلك يقدم هذا القانون تفسيرًا لسلوك الأشياء التي لا تتوزان فيها القُوَى. [1]

4- قانون التسارع والسرعة

انه عندما تطبق قوة ثابتة على جسم ضخم، فإنها تتسبب في تسريعه أي تغيير سرعته بمعدل ثابت.

ابسط حالة تكون عند تطبيق قوة على جسم في حالة السكون يتسارع في اتجاه القوة أما عندما يكون الجسم في حالة حركة سيبدو إن الجسم متسارعًا ومتباطئًا ذا كان ينظر إليه من إطار مرجعي متحرك، ويمكن أيضا أن يكون مغايرًا لاتجاهه معتمد على اتجاه القوة و اتجاهات الإطار المرجعي و الجسم بالنسبة بعضهم إلى بعض.

هذه F و a في المعادلة تشير إلى أن التسارع والقوة هي كميات متجهة وهذا معناه أنها ذات حجم وذات اتجاه، والقوة يمكن أن تكون قوةً واحدةً أو يمكن أن تكون مزيجًا من أكثر من قوة وفي هذه الحالة تُكتَب المعادلة كما يلي (∑▒〖F ⃗ = ma ⃗ 〗) و ∑ (حرف سيغما اليوناني) يمثل مجموع متجهات جميع القُوَى أو القوة المحصلة المُطبقة على الجسم.

يتكون اندفاع معين تغيرا معين في سرعته و قد يسرع الجسم أو يتغير اتجاهه أو يبطئ بالنسبة لجسم ضخم يتحرك في إطار مرجعي قصوري دون تأثير أي قُوَى أخرى مثل قُوَى الاحتكاك وبعد ذلك يستمر في التحرك بثبات على سرعته الجديدة.

يوجد حالة واحدة نواجه فيها القوة الناجمة وهي القامة الثابتة عن تسارع الجاذبية والتي تتسبب في هبوط الأجسام الكبيرة على الأرض.

يمكن أن يكتب التسارع المستمر سبب الجاذبية ك f=mg وفي هذه الحالة تكون f و g ليس تقليدين بشكل أشعة لأنهم دائمًا يشيران لنفس الاتجاه الذي اسفل.

5- تطبيقات قانون نيوتن الثاني

الصواريخ التي تسافر عبر الفضاء تستخدم فيها جميع قوانين نيوتن الثلاثة للحركة.

القوة في العادة تستخدم لإعطاء دفعة وتأتي من المحرك إذا كان الصاروخ يحتاج إلى إبطاء أو تتغير اتجاه أو تسريع.

كمية القوة والمكان الذي يُطبَّق فيه الاندفاع يمكنه تغيير إما السرعة -جزء من حجم التسارع- أو الاتجاه أو كليهما معًا.

والآن نعرف جيدا كيف يتصرف الجسم الضخم في إطار زخم مرجعي مثل كيفية استخدام المحركات التي تولد الدفعة للمناورة بالصاروخ وهذا عندما يتعرض لقوة خارجية. [2]

في الختام فإن قانون نيوتن الثاني للحركة هو من أهم الأساسيات التي ساعدت في تفسير سلوك الأجسام التي تكون تحت تأثير القُوَى فمن خلال هذا القانون يمكن فهم الكثير من الظواهر الطبيعية التي نواجهها في حياتنا اليومين وعلى نطاق أوسع في الهندسة و العلوم مثل السيارات و الصواريخ و إطلاقها ف يعد قانون نيوتن من الأساس الذي يقوم عليها التطبيق العملي في الفيزياء.

• موقع توينكل التعليميمعادلة قانون نيوتن الثاني - بتصرف
• أنا أصدق العلمتطبيقات قانون نيوتن الثاني - بتصرف

مشاركة المقال