قوانين نيوتن في الحركة
قوانين نيوتن للحركة تتضمن ثلاثة قوانين شهيرة وضعها العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن، وهي تشرح العلاقة بين القوى المؤثرة على الأجسام وحركتها. هذه القوانين تشكل الأساس للميكانيكا الكلاسيكية. فيما يلي شرحٌ لهذه القوانين الثلاثة:
القانون الأول لنيوتن في الحركة
ينص القانون الأول المعروف بقانون القصور الذاتي على أنه في حال كان الجسم ثابتًا أو يتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم، فإنه سيظل في تلك الحالة ما لم تتداخل قوة ما لتغيير حالته أو سرعته أو اتجاهه.
تشمل بعض التطبيقات اليومية على هذا القانون ما يلي:
- تأثير الكبح في الحافلة
عندما يقوم سائق الحافلة بالضغط المفاجئ على المكابح، يشعر الركاب بالدفع للأمام؛ لأن الجسم يميل طبيعيًا إلى الاستمرار في حركته حتى عندما تتوقف الحافلة.
- وضع جسم على السطح
عند وضع أي جسم على الأرض، يبقى هذا الجسم ثابتًا في مكانه حتى يتم التأثير عليه بقوة خارجية تدفعه للتحرك.
- دحرجة الكرة
وفقًا للقانون الأول لنيوتن، ستستمر الكرة في التدحرج بنفس السرعة والاتجاه حتى تتوقف، ولكن في النهاية تتوقف بسبب قوة الاحتكاك، وهي القوة الخارجية التي تؤثر عليها.
القانون الثاني لنيوتن في الحركة
ينص القانون الثاني على أن تسارع الجسم يعتمد على عاملين هما القوة الكلية المؤثرة عليه وكتلته. هذا يعني أن تسارع جسم ما يتناسب طرديًا مع القوة المؤثرة ويكون عكسيًا مع كتلته، ما يعني أنه كلما زادت القوة المؤثرة عليه زاد تسارعه، وبالمثل، كلما زادت كتلته قل تسارعه.
تشمل التطبيقات اليومية على هذا القانون ما يلي:
- ركل الكرة
عند ركلة الكرة، تؤثر قوة على الكرة في اتجاه معين، مما يؤدي إلى تسارعها بنفس الاتجاه. وفقًا للقانون الثاني لنيوتن، كلما زادت قوة الركل، زادت سرعة الكرة.
- دفع السيارة والشاحنة
عند دفع سيارة بنفس القوة التي تُدفع بها شاحنة، فإن السيارة ستتسارع أكثر بسبب فرق الكتلة؛ حيث أن التسارع يتناسب عكسيًا مع الكتلة، مما يجعل السيارة ذات الكتلة الأقل تتسارع بشكل أسرع من الشاحنة.
القانون الثالث لنيوتن في الحركة
ينص القانون الثالث المعروف بقانون الفعل ورد الفعل على أن لكل فعل يوجد رد فعل متساوي في المقدار ومعاكس في الاتجاه. إذا أثر الجسم (أ) بقوة على الجسم (ب)، فإن الجسم (ب) يؤثر على الجسم (أ) بنفس مقدار القوة ولكن في اتجاه معاكس.
ومن التطبيقات اليومية لقانون نيوتن الثالث ما يلي:
- المشي
عندما نتحرك، تؤثر أرجلنا بقوة على الأرض نحو الأسفل، وتقوم الأرض بدورها بتوفير قوة معاكسة للأقدام.
- استخدام المسمار والمطرقة
عند دق مسمار في الحائط، يشعر الشخص الذي يمسك المطرقة بقوة على يده. هنا، تتناسب كلتا القوتين بشكل طردي مع بعضهما، حيث يزداد رد الفعل مع زيادة القوة المستخدمة.
قانون الجاذبية العام لنيوتن
ينص قانون الجاذبية على أن قوة السحب بين جسمين تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزي الكتلتين. في معظم الأحيان، تكون قوة الجاذبية ضعيفة بشكل كبير بحيث يصعب ملاحظتها نتيجة للمسافات التي تفصل بين الأجسام. بالإضافة إلى ذلك، يظل نطاق الجاذبية غير محدود، لكن تأثير قوى الجاذبية يضعف عندما تبتعد الأجسام عن بعضها.
يستخدم قانون الجاذبية العام لنيوتن في العديد من المجالات مثل حساب الجاذبية بين الأجسام، وإجراء حسابات المد والجزر، وتوقع حالات الكسوف والخسوف، وكذلك حركات الأرض حول الشمس ودوران القمر حول الأرض.
قانون نيوتن في التبريد
ينص قانون نيوتن في التبريد على أن معدل فقدان الحرارة لجسم يتناسب طرديًا مع الفرق في درجة الحرارة بين الجسم ومحيطه. يصف هذا القانون المعدل الذي تتغير به درجة حرارة الجسم نتيجة للإشعاع، وذلك بمعيار أن يكون الفرق في درجات الحرارة صغيرًا.
يستخدم هذا القانون في ظروف معينة تتطلب تحقيق مجموعة من الشروط لضمان دقة النتائج، وهي كالتالي:
- يجب أن يكون فرق درجة الحرارة بين الجسم المحيط صغيراً.
- يجب أن يتم فقدان الحرارة عن طريق الإشعاع فقط.
- يجب أن تبقى درجة حرارة الوسط المحيط ثابتة أثناء فترة تبريد الجسم.
قانون نيوتن في اللزوجة
ينص قانون نيوتن في اللزوجة على أن إجهاد القص يتناسب طرديًا مع تدرج السرعة بين طبقتين من السائل. تكون نسبة إجهاد القص إلى معدل القص ثابتة عند درجة حرارة وضغط معين، وتعرف هذه النسبة باللزوجة أو معامل اللزوجة.
استنادًا إلى قانون نيوتن في اللزوجة، تُقسم السوائل إلى نوعين:
- السوائل النيوتينية
هي السوائل التي تظل لزوجتها ثابتة عند تطبيق إجهاد قص عليها، وتكون العلاقة هنا خطية بين اللزوجة وإجهاد القص، ومن الأمثلة عليها الماء والكحول والزيوت المعدنية والبنزين.
- السوائل غير النيوتينية
هي السوائل التي تتغير لزوجتها عند تطبيق إجهاد قص، وتكون العلاقة بين اللزوجة وإجهاد القص غير خطية. من الأمثلة عليها معجون الأسنان، والكاتشب، ومستحضرات التجميل، والطلاء.