قوانين نيوتن للحركة
قوانين نيوتن للحركة
قوانين نيوتن الثلاثة هي أساس الميكانيكا الكلاسيكية، وتصف كيف تتحرك الأجسام تحت تأثير القوى. أتقِنها جيداً؛ فهي أكثر أبواب فيزياء التحصيلي وروداً.
مهد نيوتن: كمية الحركة تنتقل عبر الكرات الساكنة فتتحرك الكرة الطرفية — حفظ كمية الحركة والطاقة.القانون الأول (القصور الذاتي)
الجسم الساكن يبقى ساكناً، والمتحرك يبقى متحركاً بسرعة ثابتة في خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية محصّلة.
مثال من الحياة: الراكب يندفع للأمام عند فرملة السيارة المفاجئة — جسمه «يقاوم» تغيّر حالته.
القانون الثاني (ق = ك × ت)
القوة المحصّلة على جسم تساوي كتلته مضروبة في تسارعه. نرسم أولاً مخطط الجسم الحر لكل القوى المؤثرة:
مخطط الجسم الحر: القوة الأفقية ق تنتج التسارع a؛ الوزن و لأسفل والقوة العمودية ع لأعلى.جسم كتلته ٥ كجم وُضع على سطح أفقي أملس، وأثّرت عليه قوة أفقية ٢٠ نيوتن. أوجد تسارعه.
- ق = م × a ← ٢٠ = ٥ × a
- a = ٢٠ ÷ ٥ = ٤ م/ث٢
جسم كتلته ١٠ كجم على سطح مائل بزاوية ٣٠°. أوجد تسارعه (ج = ١٠).
- القوة المسبِّبة للتسارع على طول السطح = م ج sin θ
- م a = م ج sin θ ← a = ج sin٣٠° = ١٠ × ٠٫٥ = ٥ م/ث٢
القانون الثالث (الفعل ورد الفعل)
لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار، معاكس له في الاتجاه، ويؤثران على جسمين مختلفين.
مثال: عند المشي تدفع القدم الأرض للخلف، فتدفع الأرض القدم للأمام.
معادلات الحركة بتسارع ثابت
- ع = ع₀ + a ز
- ف = ع₀ ز + ½ a ز٢
- ع٢ = ع₀٢ + ٢ a ف
سيارة تبدأ من السكون وتتسارع ٤ م/ث٢. ما سرعتها بعد ٥ ثوانٍ؟ وما المسافة؟
- ع = ٠ + ٤×٥ = ٢٠ م/ث
- ف = ٠ + ½ × ٤ × ٢٥ = ٥٠ م
ملخص قوانين نيوتن الثلاثة
| القانون | الصيغة | مثال من الحياة |
|---|---|---|
| الأول (القصور الذاتي) | إذا مج ق = ٠ ← a = ٠ | الراكب ينحني للأمام عند الفرملة |
| الثاني | ق = م × a | كلما زادت القوة زاد التسارع |
| الثالث (الفعل ورد الفعل) | ق₁₂ = − ق₂₁ | المشي: القدم تدفع الأرض والأرض تدفعها |
جدول القوى الأساسية
| القوة | الصيغة | الاتجاه |
|---|---|---|
| الوزن (و) | و = م ج | دائماً لأسفل نحو مركز الأرض |
| القوة العمودية (ع) | ع = م ج (على سطح أفقي) | عمودية على السطح |
| الاحتكاك (ح) | ح = μ ع | عكس اتجاه الحركة |
| الشد (ش) | حسب المسألة | على طول الحبل بعيداً عن الجسم |
| القوة المركزية (ق_م) | ق_م = م ع٢ ÷ نق | نحو مركز الدوران |
- الخلط بين الكتلة (كجم) والوزن (نيوتن): الوزن = الكتلة × ج.
- على السطح المائل: حلّل القوى على محورين — موازٍ وعمودي على السطح.
- اعتبار الفعل ورد الفعل مؤثّرين على الجسم نفسه — بل على جسمين مختلفين.
- نسيان توحيد الوحدات قبل التعويض.
الخلاصة
- الأول: لا تسارع بدون قوة محصّلة (القصور الذاتي).
- الثاني: ق = م × a — أداة الحل الأساسية.
- الثالث: لكل فعل رد فعل مساوٍ ومعاكس على جسم آخر.
- ابدأ كل مسألة بمخطط الجسم الحر، ثم عوّض في معادلات الحركة.