إسحاق نيوتن: رائد العلوم
إسحاق نيوتن هو عالم رياضيات وفيلسوف ومكتشف إنجليزي وُلد في عام 1642 في مدينة لنكولنشير بالمملكة المتحدة. على الرغم من عدم تميزه في مراحل طفولته الدراسية وخروجه من المدرسة مبكرًا، إلا أنه كان مولعًا بالقراءة واستمر في توسيع معرفته بفضل الكتب التي بين يديه. بعد التحاقه بالجامعة، أظهر تفوقًا ملحوظًا في مجالات العلوم المختلفة. كان لنيوتن العديد من الاكتشافات الرائدة، أبرزها اكتشاف أن الضوء الأبيض يتكون من سبعة ألوان، وكذلك اكتشاف الجاذبية الأرضية التي غيّرت من مسار العلوم الفيزيائية وأسهمت في تطورها. كما وضع نيوتن ثلاثة قوانين رئيسية من خلال تجاربه واكتشافاته، أثبت من خلالها وجود قوة جذب متبادلة بين الكواكب والشمس، مما يفسر مدارات الكواكب البيضاوية حول الشمس.
قوانين نيوتن الأساسية
تنقسم قوانين نيوتن إلى ثلاثة قوانين رئيسية كالتالي:
- القانون الأول لنيوتن: ينص على أن الأجسام الساكنة تستمر في حالة سكونها ما لم تؤثر فيها قوى محصلة تتسبب في حركتها، بينما الجسم المتحرك بسرعة ثابتة يبقى في حركته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تؤدي إلى تغيّر سرعته.
- القانون الثاني لنيوتن: يشير هذا القانون إلى أن محصلة القوى المؤثرة على جسم معين تساوي معدل التغير الزمني في كمية حركة هذا الجسم. ويتعلق اتجاه القوة باتجاه كمية الحركة، ويُعبر عنه بالمعادلة: ق = ك × ج، حيث:
- قوة (ق).
- كتلة (ك).
- تسارع (ج).
- القانون الثالث لنيوتن: ينص على أن لكل فعلٍ هناك رد فعل مماثل له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
تطبيقات قوانين نيوتن في الحياة العملية
توجد العديد من التطبيقات العملية لقوانين نيوتن، ومن أبرزها:
- مظلات الهبوط: تم تصميم مظلات الهبوط بناءً على مفهوم السرعة الحدية، وهي السرعة التي يتم عندها التوازن بين قوة مقاومة الهواء ووزن الجسم (ق م = و). في هذه النقطة يكون التسارع صفرًا، نظرًا لتناقص القوى المحصلة التي تؤثر على الجسم مع زيادته في السرعة، مما يؤدي إلى عدم وجود تسارع. وقد تم زيادة مساحة سطح مظلات الهبوط للوصول إلى السرعة الحدية في أقصر زمن ممكن، مما يضمن سلامة المظلي عند الهبوط.
- حركة المصعد: يؤثر اتجاه تسارع المصعد على القوة التي يؤثر بها المصعد على الأجسام داخله (رد الفعل). عندما يتحرك المصعد بسرعة لتسارع للأعلى، تكون قوى رد الفعل أكبر من وزن الجسم، بينما تكون أقل عند التسارع للأسفل. في حالة التحرك بسرعة ثابتة، تتساوى قوى رد الفعل مع الوزن. لذلك يشعر الشخص بزيادة الوزن عند التحرك للأعلى وبالخفة عند التحرك للأسفل. تعكس هذه الفكرة أيضًا تجربة رواد الفضاء الذين يشعرون بانعدام الوزن الظاهري بسبب الدوران في مدار ثابت حول الأرض، مما يؤثر على وظائف جسمهم اليومية مثل الحركة والأكل.
- حركة الأجسام على السطح المائل مع وجود الاحتكاك: عند تحرك جسمٍ على سطح مائل وخشن، تكون الحركة أكثر صعوبة بسبب قوة الاحتكاك التي تعاكس حركة الجسم، مما يقلل من سرعته. أما في حالة السطح الأملس، تكون الحركة أسهل وأسرع نظرًا لانخفاض قوة الاحتكاك، مما يوضح الأسباب وراء اختلاف صعوبة الحركة للأجسام على الأسطح المائلة.