قانون نيوتن الثاني للحركة

2011 مكتبة الفيزياء قوانين الحركة

بيتي بورنيت

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

قانون نيوتن الثاني للحركة نيوتن الفيزياء

إن تسارع جسم ما نتيجة أثر قوة كلية يتناسب طردياً مع مقدار هذه القوة الكلية وفي اتجاه مماثل لاتجاهها، ويتناسب عكسياً مع كتلة الجسم، ويمكن أن نعبّر عن ذلك رياضياً من خلال المعادلة التالية: (a=F/m)، مع أن هذه المعادلة تكتب عادة كما يلي : (F = ma).

يبدو هذا القانون أكثر تعقيداً أكثر عما هو عليه في الواقع، فعندما تؤثر قوة في جسم ما بموجب هذا القانون يتسارع الجسم في اتجاه القوة التي تدفع ذلك الجسم أو تسحبه نحوها، والمقصود بذلك أننا إذا قمنا بدفع جسم ما إلى الأمام، فإنه سيتحرك نحو الأمام.

ومن جهة أخرى، كلما كانت كتلة الجسم أكبر احتاج إلى المزيد من القوة كي يتحرك، فتحريك سيارة شحن كبيرة.

 

على سبيل المثال، يتطلب قوة أكبر مما يحتاج إليه تحريك سيارة رياضية صغيرة، كما أن جرّ كلب ضخم من نوع "غريت دان" يتطلب قوة تفوق القوة التي نحتاج إليها لجرّ كلب صغير من نوع "كوكر سبانيل".

وهناك أثر طردي ومتناسب مع الجسم، فلو ضاعفنا مثلاً القوة المطبَّقة على جسم ما، سيؤدي ذلك إلى تسارع الجسم بمعدل مرتين عما كان عليه سابقاً.

إن تزويد سيارة صغيرة بمحرك ضخم سيجعل السيارة تنطلق على الطريق بسرعة هائلة، كما أن للتأثير العكسي وقعاً يتناسب مع الجسم.

 

فعند تطبيق قوة ثابتة ستؤدي مضاعفة كتلة الجسم إلى زيادة سرعة الجسم بمعدل النصف. وعلى سبيل المثال تحتاج شاحنة كبيرة إلى قوة تسارع تفوق تلك التي تتطلبها سيارة أصغر حجماً.

ويؤكد قانون نيوتن الثاني على مفهوم الكتلة، والكتلة هي كمية المادة التي يحويها جسم من الأجسام.

وكل جسم له كتلة، لكن بعض الأجسام تكون أكثر كثافة من غيرها؛ لأن مادتها أكثر تراصاً، كما أن للحجم دوراً مهماً في تحديد الكتلة، لكن الدور الذي تلعبه الكثافة أكثر أهمية، فكثافة الهواء مثلاً قليلة بالمقارنة مع كثافة المعادن؛ لذلك فإن  كتلة محمل كريات صغير الحجم تفوق كتلة بالون أكبر حجماً بشكل ملحوظ.

 

يمكننا المقارنة بين كتلة مجموعة من الكرات عن طريق فحص ثقل كل واحدة منها، مثل كرة الطاولة والكرة اللينة وكرة السلة وكرة البولينغ وكرة الشاطئ، فلكل واحدة من هذه الكرات ملمسها ووزنها بالمقارنة مع حجمها.

هل حاول أحدكم من قبل الإمساك بكرة البولينغ؟ إن كرة الشاطئ بحجمها الكبير أخف وزناً وأسهل التقاطاً من كرة البولينغ؛ لأنها أقل كتلة وتحوي هواء أكثر، ولكن بما أن كرة الشاطئ أقل كتلة، لا تتدحرج مثل كرة البولينغ.

 

إن كتلة الجسم تؤثر في حركته، فإذا طبقنا قوة ثابتة محددة على أحد الأجسام نجد أنه كلما كانت كتلته أكبر تباطأت قدرته على تغيير سرعته المتجهة، فالفيل مثلاً لا يستطيع مجاراة السنجاب في الركض الرشيق أو سرعة تغيير الاتجاه، كما أن أهمية الكتلة لا تقتصر على وصف حجم وثقل الجسم فحسب.

بل تمكننا من قياس القصور الذاتي لهذا الجسم، فكلما كانت كتلة الجسم أكبر زاد معدل قصوره الذاتي، كما أن القصور الذاتي لصندوق مملوء بقطع الطوب يفوق القصور الذاتي لصندوق مملوء بالستايروفوم (عازل رغوي)، ويتطلب قوة أكبر لتحريكه؛ لذلك فإن الصندوق الأقل مقاومة للحركة له كتلة أقل.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]