قانون التسارع والقوة والسرعة وأهم تطبيقاته

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

قانون التسارع

أولاً: حسب الميكانيكا الكلاسيكية

تعرف بأنها معدل التغير في السرعة الخاصة بأحد الأجسام التي تكون متجهة وفق نسبة زمنية معينة فيجب العلم بأن هذه القيمة يا أما تكون موجبة أو سالبة أو صفر.

ثانياً: حسب العجلة رياضيا

هو عبارة عن التغير الذي سوف يظهر على السرعة بمرور الزمن فتقاس السرعة بالمتر في الثانية حيث يتم قياس التسارع بالمتر في الثانية في الثانية، أي متر/ ثانية/ ثانية.

نص قانون نيوتن الثاني للحركة (قانون التسارع والقوة)

• هذا النص عبارة عن (أن القوة تساوي عملية التغير في الزخم ( أي كمية الحركة) بالنسبة للتغير في كلا من الزمن وأيضا بالنسبة للقوة الثابتة، فيجب العلم أن القوة تساوي التسارع عندما يتم ضربه في الكتلة).
• فالمعادلة الرياضية التي تعبر عن هذا هي « F )= ma » F في القوة، m هي الكتلة، a هي عبارة عن عجلة التسارع).
• تتميز هذه العملية الرياضية بأنها بسيطة جدا, حيث اذا تم مضاعفة القوة فسوف يتضاعف التسارع, ولكن اذا تم مضاعفة الكتلة فسوف تخفض عجلة التسارع إلى النصف.
• قام نيوتن بنشر قوانينه الخاصة بالحركة في عام 1687، وكانت هذه القوانين تشير إلى (المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica), ففي هذه القوانين وضح نيوتن وصف لكيف يتم تحرك الأجسام الضخمة عند تعرضها إلى التأثير من القوى الخارجية.
• حيث قال أستاذ جريج بوثون أستاذ الفيزياء في (جامعة أوريغون University of Oregon): (قام نيوتن بالتوسع في الأعمال السابقة لغاليلو جاليلي الذي قام بوضع أول القوانين الدقيقة الخاصة بحركة الكتل).
• حيث أن التجارب التي قام بها غاليليو وضحت أن كافة الكتل تتسارع بنفس المعدل حتي اذا اختلفت في كلا من الحجم أو الكتلة، أيضا قام نيوتن بدراسة أعمال رينيه ديكارت وقام بالتوسع بها، فبعد ذلك قام ديكارت بنشر مجموعة من قوانين الطبيعة وكان ذلك في عام 1644 بعد مرور عامين من ولادة نيوتن، فيجب العلم بأن قوانين ديكارت تشبه جدا القانون الخاصة بنيوتن الأول الخاصة بالحركة.

قانون التسارع والسرعة

• ينص قانون نيوتن الثاني على: (أنه عندما يتم تطبيق قوة ثابتة على جسم يكون ضخم، فان هذه القوة سوف تتسبب في تعرضه للتسريع أي سوف يحدث تغيير في سرعته ولكن ذلك سوف يكون بمعدل ثابت).
• فعندما يتم تطبيق قوة على جسم في حالة السكون فسوف يحدث له تسارع في اتجاه القوة، ولكن اذا كان الجسم بالفعل في حالة حركة أو اذا كان يتم النظر إليه من اطار مرجعي يكون متحرك فان الجسم سوف يكون ظاهر بأنه الجسم متسارع أو متباطئ أو مغيرا لاتجاهه سوف يكون معتمد على اتجاه القوة وأيضا اتجاهات تحرك الجسم والاطار المرجعي وهذا يكون بالنسبة لبعضهما البعض.
• فالحروف F وa تشير في المعادلة إلى أن القوة والتسارع هي عبارة كميات تكون متجهة فهذا يعني أنها تكون ذات حجم واتجاه، فيجب العلم بأن القوة يمكن أن تكون قوة واحدة أو يمكن أن تكون عبارة عن مزيج من أكثر من قوة، وفي هذه الحالة يتم كتابة المعادلة كما يلي (∑▒〖F ⃗ = ma ⃗ 〗) و∑ ( هو حرف سيغما اليوناني) فهذا عبارة عن مجموعة متجهات جميع القوى أو القوة المحصلة التي يتم تطبيقها على الجسم.
• فيكون من الصعب القيام بتصور تطبيق قوة ثابتة تكون علي الجسم في فترة زمنية تكون غير محددة، فيجي العلم بأنه في معظم الحالات لا يكون مسموح بتطبيق القوى إلا لفترة تكون محدودة حيث يتم إنتاج ما يسمى ( الاندفاع impulse).
• ولكن بالنسبة لحجم جسم ضخم سوف يتحرك في اطار مرجعي قصوري دون حدوث تأثر في أي قوى أخرى عليه مثل : قوة الاحتكاك، فيجب العلم أنه يوف يتسبب اندفاع معين في تغير معين في السرعة، حيث يمكن أن يتم تسريع الجسم أو يحدث له بط أو يحدث له تغير في اتجاهه ولكنه بعد ذلك سوف يستمر في التحرك بطريقة ثابتة حيث تكون علي بسرعته الجديدة (إذا لم يحدث له وقوف في الاندفاع).
• ففي حالة واحدة اذا واجهنا فيها قوة ثابتة, فتكون هي القوة التي تنتج عن حدوث تسارع الجاذبية حيث إنها تؤدي إلى حدوث بط في هبوط الأجسام الكبيرة على الأرض.
• ففي هذه الحالة يتم كتابة التسارع المستمر الذي يكون بسبب الجاذبية كـ ( g) والقانون الثاني لنيوتن سوف يكون (F=mg) فيتم الملاحظة في هذه الحالة أن F وg غير مكتوبتين بطريقة تقليدية ولكن بشكل أشعة لأنهما في كل الأوقات يشيروا لنفس الاتجاه وهو الأسفل.
• فعندما يتم ضرب الكتلة في تسارع الجاذبية يكون الناتج (mg) بالوزن فهو عبارة عن نوع آخر من القوة.
• فيجب العلم أنه من غير الجاذبية فان سوف لا يوجد للجسم الضخم وزن, وأيضا من دون وجود جسم ضخم لا تستطع الجاذبية القيام بإنتاج قوة، ولكي يتم التغلب على الجاذبية والقيام برفع جسم ضخم فيجب أن يتم إنتاج قوة صاعدة (ma) تكون أكبر من قوة الجاذبية التي تكون هابطة (mg).

تطبيقات قانون نيوتن الثاني

الصواريخ التي يحدث لها أن تسافر في الفضاء فان جميعها تقوم باستخدام قوانين نيوتن الثلاثة التابعين للحركة، فاذا احتاج الصاروخ أن يتم إبطائه أو تسريعه أو تغيير في الاتجاه الخاص به فيتم استخدام القوة لكي يتم إعطائه دفعة، وهي في الغالب تكون أتية من المحرك.

كمية القوة والمكان الذي يتم تطبيق فيه الاندفاع يمكن أن يتم تغير السرعة التي تكون جزء من حجم التسارع أو الاتجاه أو كلاهما معا، وفي وقتنا هذا أصبحنا نعرف كيف يقوم جسم ضخم بالتصرف في اطار زخم يكون مرجعي فهذا يحدث عندما يمكن أن يتعرض لقوة خارجية، مثل : (كيف يتم استخدام المحركات التي تعمل علي توليد تلك الدفعة التي تكون مناورة في الصاروخ).

التسارع حسب المعادلة الرياضية

a = Δ v / t حيث تكون:

• a = تساوي التسارع أو العجلة.
• Δ v = تساوي فرق السرعة.
• t = تساوي الزمن.

الوحدة التي بها قياس التسارع هي: متر كل ثانية تربيع، حيث يتم اختصارها بـ م/ث2, فاذا أردنا أن نقوم بتعين الزمن فيجب ان يتم استخدام هذه العلاقة : t = a / Δv.