أبجدية الفيزياء: قوانين نيوتن في الحركة

تحدثنا سابقًا عن مفهوم القوّة التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا مع ثلاثة قوانين للحركة وضعها العالم إسحاق نيوتن ستكون محور حديثنا اليوم.

لنقل إنك وضعت هاتفك على طاولة ملساء، الهاتف سيبقى ثابتًا. الآن تخيل أنك تجلس داخل قطار يتحرك بسرعة ثابتة، سيبقى الهاتف ثابتًا على الطاولة أيضًا. ستتغير هذه الحالة  إن تسارع القطار لأن الهاتف سيتحرك على طول الطاولة. يحدث الأمر نفسه في أثناء جلوسك داخل سيارة متحركة فعندما تتسارع  في حركتها يستجيب جسمك لتلك الحركة أيضًا . يُعبّر قانون نيوتن الأول عن تلك الحالات، ويسمى قانون القصور الذاتي Law of Inertia أحياناً (1)، وينص هذا القانون على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا والجسم المتحرك يبقى متحركًا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. وفقًا لهذه القانون يجب أن يكون هناك سبب (قوة خارجية) يغير سرعة الجسم مقدارًا أو اتجاهًا (2).

أما قانون نيوتن الثاني فيوضح حالة تأثير قوة خارجية على جسم ما مسببةً تسارعًا للجسم. لنتخيل عربة صغيرة للعب يجلس داخلها طفل. العربة والطفل معًا يكوِّنان النظام المرصود. وفقَ قانون نيوتن الأول هذا النظام يبقى ثابتًا بتأثير القصور الذاتي أو القوى الداخلية. لكن ماذا لو جاء شخص ودفع العربة؟. 

هذا الشخص يمثل قوة خارجية تعمل من خارج النظام المرصود ستُغير من حالة العربة الحركية، ومن البديهي أن التسارع الذي تتحرك به العربة يتناسب طردًا مع القوة المؤثرة وهذا ببساطة قانون نيوتن الثاني (2).

وصلنا معاً لقانون نيوتن الثالث الذي يبحث في تفاعل جسمين مع بعضهما؛ فإذا سلط الجسم الأول قوة على الجسم الثاني فإن الجسم الثاني يسلط بدورهِ قوة تساوي قوة الجسم الأول في المقدار وتعاكسها في الاتجاه (3). ينص هذا القانون على أن لكل فعل رد فعل يساويه في المقدار ويعاكسه في الاتجاه. ويَفترض أن القوى تعمل في أزواج، لا منفردة فعندما تضغط بكف يدك على كتاب مثلًا فأنت تسلط قوة (فعل) والكتاب يبدي مقاومة للانضغاط تؤثر في يدك تساوي القوة الأولى ولكنها بعكس الاتجاه (رد فعل)، كذلك عندما تضرب بالمطرقة على مسمار فإن المطرقة تسلط قوة (فعل) والمسمار يسلط بدوره قوة على المطرقة (رد فعل) تمنع المطرقة من الحركة للأمام عندما تضرب المسمار (1).

المصادر

1.    Serway R, Jewett J. The Laws of Motion. In: Physics for Scientists and Engineers. 6th ed. Thomson Brooks/Cole; 2004. p. 111–149.

2.    Urone, P. and Hinrichs, R., 2012. College Physics. [online] Available at: هنا [Accessed 17 November 2020].

3.    Smith, J.O. Physical Audio Signal Processing, [online] Available at: هنا [Accessed 17 November 2020].