مخططات الجسم الحر

2011 مكتبة الفيزياء قوانين الحركة

بيتي بورنيت

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مخططات الجسم الحر الجسم الحر الفيزياء

تعتمد اللغة أساساً في وصف الحركة وتعريف المصطلحات العلمية المختلفة على الرياضيات والمعادلات. 

ورغم أن هذه المعادلات والحسابات الرياضية قد تكون مربكة للأشخاص المعتادين على اللغة الأدبية أو العادية، إلا أن هذه المعادلات والعبارات الاصطلاحية تساعد على جعل الرياضيات عموماً مفهومة على المستوى العالمي

إذ يمكن "ترجمة" المعلومات المستخدمة في توضيح الحركة بلغة الرياضيات إلى رسوم ومخططات بيانية تُسهّل فهم هذه المعلومات لبعض الأشخاص.

 

مخططات الجسم الحر

تُمثل مخططات الجسم الحر أحد أشكال اللغة الرياضية، وتُستخدم هذه المخططات في توضيح المقدار والاتجاه النسبيين لجميع القوى المؤثرة في الأجسام في أوضاع محددة.

كي ترسم أحد مخططات الجسم الحر اختر جسماً قابلاً للحركة، مثل السيارة أو الطلقة أو أحد الأشخاص أو أي شيء قادر على الحركة أو التحريك، وامنح هذا الجسم شكلاً محدداً.

يمثل المربع في المخططات البيانية الواردة أدناه هذا الجسم، لكن استخدام الأسهم في هذا الشكل التمثيلي يجعله أكثر واقعية من خلال إظهار جميع القوى المؤثرة في الجسم بحيث تصبح قراءة هذا الرسم البياني أمراً ممكناً.

 

يوضح المخطط البياني رقم (1) أربع قوى تؤثر في الجسم (المربع): القوة العمودية والقوة المطبَّقة وقوة الجذب وقوة الاحتكاك، ويمثل حجم السهم المستخدم مقدار القوة كما تبدو مقادير القوى المؤثرة في هذه الحالة متساوية، كما يوضح اتجاه كل سهم اتجاه تأثير القوة.

ويمثل المخطط البياني رقم (2) طفلاً يتعلق بأرجوحة ألعاب بهلوانية متدلية من السقف بواسطة سلسلتين، ويبيّن هذا الشكل قوة التوتر الموجودة في السلاسل وقوة الجاذبية التي تؤثر في الطفل .

 

يمثل المخطط البياني رقم (3) مظلياً أثناء سقوطه من الجو بسرعة متجهة ثابتة، وكيف تعمل مقاومة الهواء على إبطاء سرعة هبوطه.

 

والمخطط البياني رقم (4) عبارة عن سيارة تتجه يميناً وتخفف سرعتها حيث يخضع الجسم في هذه الحالة إلى تأثير عدة قوى وهي: القوة العمودية والاحتكاك والجاذبية، كما هو مُبيّن في هذا المخطط البياني التوضيحي.

توفر المخططات والرسوم البيانية والتوضيحية والخرائط وسيلة مفيدة؛ لأنها تساعد على تقديم تواصل بصري للمعلومات المعقدة.

 

إن فهم المبادئ الأساسية يساعدنا على تفسير المعلومات بسرعة دون حاجة إلى استخدام أي كلمات، وتُستخدم هذه المخططات والرسوم البيانية في الصحف والمجلات في مختلف أنحاء العالم، لما تتميز به من سهولة لا تحتاج إلى الترجمة.

إضافة إلى ذلك ،تعرض هذه الرسوم البيانية والتوضيحية جوهر القوانين الفيزيائية وتشرح كيفية عمل الأشياء بموجب مبادئ الفيزياء.

يعود الفضل في معرفتنا بكمية عمل الآلات إلى إسحاق نيوتن الذي أرست قوانينه الثلاثة للحركة أساس الفيزياء الحديثة، كما مهّد فهم نيوتن للميكانيكا (أو علم الحركة) الطريق أمام الثورة الصناعية واختراع مئات آلاف الآلات عبر السنوات الثلاثمئة الماضية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]