أهم قوانين نيوتن

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

من هو نيوتن؟

ولد إسحاق نيوتن عام 1642 م بالقرب من جرانثام بإنجلترا، وبدأ دراسته في جامعة كامبريدج عام 1661 م، وبعد أربع سنوات من بدء دراسته في الجامعة عام 1665م، نشأ وباء الطاعون الذي جعله يعود إلى مزرعة ويمكث فيها، وبينما كان في بستان هناك، سقطت تفاحة أمام نيوتن، كما يقول البعض، وألهمته صياغة قانون الجاذبية الكونية.

مساهمات نيوتن في الفيزياء مهمة جدًا، سواء في الميكانيكا الكلاسيكية، على سبيل المثال قوانين نيوتن للحركة أو قانون الجاذبية العالمي، أو البصريات، على سبيل المثال تحليل الضوء الأبيض باستخدام المنشور، أو تصنيع تلسكوب عاكس، أو ظاهرة الحلقات النيوتونية التي يوجد عليها العديد من النظريات تم بناؤه.

يعتبر إسحاق نيوتن من أحد أكثر الأشخاص نفوذاً في التاريخ، وفي تصويت الألفية الذي تم إجراؤه مع 100 من علماء الفيزياء البارزين في نهاية عام 1999، احتل نيوتن المرتبة الثانية بعد ألبرت أينشتاين من بين أفضل علماء الفيزياء على الإطلاق.

قوانين نيوتن

وضع نيوتن ثلاثة قوانين أساسية مشهورة جدًا في أبحاثه الفيزيائية، والمعروفة باسم قوانين الحركة لنيوتن، وهذه القوانين الثلاثة هي القوانين الأساسية للميكانيكا الكلاسيكية، أما الفكرة العامة لهذه القوانين فهي شرح للأجساد والقوى المؤثرة عليها، وكيف تتفاعل الأجسام مع تلك القوة حسب عملها.

قانون نيوتن الأول

• معروف باسم قانون القصور الذاتي للأجسام، ينص على أن الجسم الثابت يظل في حالة سكون والجسم المتحرك يظل في حالة حركة ما لم تؤثر عليه قوة ناتجة.
• يصف هذا القانون ميل الأشياء إلى الحفاظ على حالتها الحركية وإحجامها عن تغييرها، وهذا يُعرف باسم خاصية القصور الذاتي للأشياء، لذلك يُطلق على قانون نيوتن الأول قانون القصور الذاتي وتزداد هذه الخاصية مع كتلة القصور الذاتي للأشياء.
• الجسم وزيادته، ويصعب تغيير الحالة الحركية للجسم ويعني ذلك أنه صعب، لذلك كلما زادت كتلة القصور الذاتي، بعبارة أخرى، يمكننا تحديد كتلة القصور الذاتي على أنها كميتها ومقاومة الجسم للقوة التي تحاول تغيير حالة حركته.

قانون نيوتن الثاني

• ينص قانون نيوتن الثاني للحركة جبريًا على أن تسارع الجسم يتناسب عكسيًا مع كتلة ذلك الجسم ويتناسب طرديًا مع صافي القوة المطبقة على هذا الجسم.
• بمعنى آخر، الصيغة المستخدمة لحساب القوة هي F = m.a (القوة = الكتلة × التسارع).
• يجب طرح العوامل السلبية مثل الاحتكاك من إجمالي القوة لإيجاد مقدار القوة المستخدمة.
• يمكنك إثبات هذا المبدأ بإلقاء حجر وكرة مضغوطة من الورق في نفس الوقت.
• في نفس الوقت، يسقطون وتسارعهم ثابت بسبب قوة الجاذبية المؤثرة عليهم.
• ومع ذلك، نظرًا لكتلته الأكبر، يكون للحجر قوة تأثير أكبر بكثير عندما يصطدم بالأرض.
• إذا أسقطت كلا الجسمين على قاعدة رملية أو طينية، يمكنك أن ترى مدى اختلاف قوة التأثير لكل جسم.
• هناك طريقة أخرى لإثبات ذلك وهي استخدام سيارتين لعبة أو زلاجات ذات كتلة متساوية في نفس الوقت، أحدهما أسرع من الآخر لكن الكتلة متساوية في كليهما، لكن التسارع يكون أكبر عندما تضغط عليه بقوة أكبر.
• إذا كان هناك جسمان يمارسان قوة متبادلة على بعضهما البعض، فإن هذه القوة ستكون متساوية في الحجم ومعاكسة في الاتجاه) ويُعرف هذا القانون بقانون الفعل ورد الفعل.
• دعنا نقول أنه بالنسبة لقوة واحدة معزولة تمامًا، مثال على ذلك هو أنه لا يوجد شيء ملقى على الأرض أو أي سطح، ولنفترض أن كتاب موضوع على طاولة لأن الكتاب له كتلة، بمعنى أنه سيكون له وزن، ووزن يعني أن الكتاب له قوة الجاذبية التي تسحب الأرض، واتجاه هذه القوة سيكون لأسفل.
• على سبيل المثال، إذا ألقينا كتابًا على الطاولة، فسوف يتسارع ويستقر حتى يصل إلى سطح الطاولة، والسبب في بقائه ثابتًا على الرغم من قوة الجاذبية هو رد فعل الطاولة.
• على الطاولة عندما يكون الكتاب على سطحه وهذه القوة تسمى القوة الرأسية وتكون دائمًا عمودية على السطح وفي هذه الحالة يكون الفعل هو قوة جاذبية الأرض للكتاب، ورد الفعل هو القوة العمودية التي يبذلها المكتب على الكتاب.
• تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه كما يخبرنا نص القانون، فإن قوة رد الفعل تساوي وتعاكس قوة الفعل، ويتم التعبير رياضيًا عن هذا الاتجاه المعاكس بعلامة سالبة.

قانون نيوتن الثالث

• استخدم زوجًا من الزلاجات لفهم كيفية عمل ذلك، ماذا يحدث إذا ارتديت حذاء التزلج ورمي الكرة بقوة؟
• تدفع قوة رمي الكرة زلاجتيك (وأنت) في الاتجاه الآخر، ويمكنك أيضًا استخدام Newton Balls لتوضيح ذلك.
• يتكون هذا المنتج من كرات فولاذية معلقة على الإطار، وعندما يتم سحب الكرة في أحد طرفيها وإطلاقها، فإنها تتأرجح في الكرات الأخرى، ثم تتأرجح الكرة في الطرف المقابل بقوة مساوية للكرة الأولى.
• تتسبب قوة الكرة الأولى في حدوث رد فعل مساوٍ ومعاكس للكرة في الطرف الآخر.
• إذا تصرفنا على جسم بقوة تسبب تغييرًا في حالة حركته، فإن هذه القوة تساوي مقدار تغير الزخم فيما يتعلق بالوقت.
• يتم التعبير عن هذا القانون رياضيًا على النحو التالي: C، حيث والنتيجة هي: مجموع القوى المؤثرة على كائن K: هذه هي كتلة الجسم T: هذا هو التسارع الذي سيحصل عليه الجسم نتيجة لتأثير هذه القوى.
• من الجدير بالذكر أن القانون يعطينا مقدار القوة، حيث يمكن ملاحظة هذه القوة من التغير في الحالة الحركية للجسم، لذلك كلما زادت القوة، زاد التسارع (وبالتالي التغيير في الطاقة الحركية).
• أيضًا، كلما زادت كتلة الجسم، زادت القوة المطلوبة لإعطائه نفس التسارع مثل جسم ذي كتلة أقل.

القانون العام للجاذبية في عام 1687م

نشر نيوتن أعماله عن الجاذبية بعد حادثه التفاحة، وبعد فحص البيانات التي تم جمعها منذ العصور القديمة حول دوران القمر حول الأرض وحركة الكواكب، لم يكن أحد قبله قادرًا على كشف الانهيار وسر حركة هذه الكواكب والقمر ماعدا نيوتن.

لقد وجد الحل، وباستخدام قانونه الأول، قانون القصور الذاتي، خلص إلى أن القمر يجب أن يستمر في الحركة وإذا لم تؤثر عليه قوة، في خط مستقيم، فهذا يعني أنه يجب أن تكون هناك قوة فعالة تبقي القمر في مداره نصف الدائري حول الأرض، وهذه القوة هي نفس القوة بين الشمس والأرض.

الكواكب التي تبقيهم في مداراتهم حول الشمس وللأسف نفس القوة التي تسحب التفاحة بدلاً من تركها تطفو وترتفع إلى القمة.

نُشر قانون الجذب العام لنيوتن وهو من أشهر قوانين نيوتن، وبعد عمل نيوتن الدؤوب نص هذا القانون على النحو التالي.

كل جسم في الكون يجذب كل جسم آخر بقوة تتناسب مع ناتج كتلته وتتناسب عكسياً مع مربع المسافة بينهما، ويُعرف هذا القانون باسم قانون الجاذبية العامة، وغالبًا ما يُشار إليه باسم "قانون التربيع العكسي لنيوتن" لأن القوة فيه تتناسب عكسًا مع مربع المسافة بين جسمين.

يمكن كتابة هذا القانون رياضيًا على النحو التالي s = (c1 q2) / f2، للأسباب التالية: s: force. ج: هو ثابت الجاذبية العام وقيمته 6.673 × 10-11 نيوتن / م 2 / كجم 2. K1 هي كتلة الجسم الأول. K2 هي كتلة الجسم الثاني. F: هي المسافة بين جسمين.