التطبيقات الرئيسية لقانون نيوتن الثاني
قام العالم إسحاق نيوتن بتطوير أفكاره مستنداً إلى أعمال أستاذ الفيزياء في جامعة أوريغون، جاليليو جاليلي، الذي كان الأول في صياغة القوانين الدقيقة للحركة. أظهرت دراسات جاليليو أن جميع الأجسام تتسارع بشكل متساوٍ بغض النظر عن كتلتها أو حجمها. بالإضافة إلى ذلك، استفاد نيوتن من أعمال رينيه ديكارت، الذي نشر مجموعة من قوانين الطبيعة في عام 1644م.
يستخدم المهندسون قانون نيوتن الثاني بشكل رئيسي في تصميم الآلات والهياكل المختلفة، بدءًا من المباني والجسور وصولًا إلى الدراجات وأسرّة الأطفال وآلات الكرة والدبابيس. يركز المهندسون على هذا القانون عند تطوير التطبيقات التالية:
الهندسة الميكانيكية
في دراسة الديناميات، يطبق المهندسون قانون نيوتن الثاني للتنبؤ بحركة الأجسام تحت تأثير القوة المحصلة، وذلك باستخدام المعادلة التي تنص على أن القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع (ق = ك × ت). هذه المعادلة تساعد المهندسين في رسم المواقع والسرعات والتسارعات للأجسام، أو لتحديد القوى المؤثرة عليها.
تصميم المباني والجسور
يستخدم المهندسون قانون نيوتن الثاني لحساب القوى المؤثرة على الهياكل الثابتة. بما أن تسارع الجسم غير المتحرك يساوي صفر، يتطلب الأمر جمع القوى المؤثرة عليه. عند تصميم المباني والجسور، يتم استخدام هذا القانون لحساب القوى المطبقة على المفاصل في الإطارات.
آلة أوتوود
آلة أوتوود (بالإنجليزية: Atwood machine) هي آلة بسيطة تتكون من بكرة وحبل يحمل أوزانًا متساوية في طرفيه. يمكن إجراء تجربة هذه الآلة أيضًا باستخدام بكرة وخيط وزجاجتين مملوءتين بكميات متساوية من الماء. تتوافر العديد من المحاكاة لآلة أوتوود على الإنترنت.
صيغ قانون نيوتن الثاني
وضع إسحاق نيوتن القوانين العلمية التي تقود 99% أو أكثر من التجارب الحياتية اليومية. وقد أوضح نيوتن كيفية تأثير الأشخاص في الكون من خلال قوانين الحركة ونظريته العالمية للجاذبية، والتي تُعتبر من أهم قوانين الفيزياء. ينص قانون نيوتن الثاني على أنه: “إذا أثرت قوة معينة على جسم ما، فإنها تمنحه تسارعًا يتناسب طرديًا مع مقدار القوة وعكسيًا مع كتلته”.
شرح قانون نيوتن الثاني
يعتمد قانون نيوتن الثاني على فرضية وجود قوة مقدارها “ق” تؤثر على جسم، مما يؤدي إلى تسارعه في اتجاه تلك القوة. إذا كان للجسم كتلة “ك”، فإن تسارع الجسم المتأثر بالقوة يتناسب عكسيًا مع كتلته. يمكن التعبير عن ذلك من خلال العلاقة:
ت2/ ت1 = ك1/ ك2
حيث:
- ت: التسارع.
- ك: الكتلة.
يمكن أيضًا تطبيق قانون نيوتن الثاني من خلال المعادلة الرياضية (ق = ك × ت) حيث “ق” تمثل مجموع القوى المؤثرة على الجسم، و”ك” هي الكتلة، و”ت” هو التسارع.
تعريف بالعالم نيوتن
وُلِد إسحاق نيوتن في عام 1642م، واشتهر بفضل إسهاماته في حساب التفاضل والتكامل في ستينيات القرن السابع عشر، بالإضافة إلى صوغ نظرية الجاذبية العالمية. كما عمل على تحويل الفلسفة الطبيعية الحديثة إلى علوم فيزيائية حديثة. قدم نيوتن العديد من الاكتشافات الكبرى في مجال البصريات، وتوفي في عام 1727م.
التطبيقات لقانون نيوتن الثاني تُظهر فاعليته في مجالات متعددة، حيث ينص على أنه: “إذا أثرت قوة معينة على جسم، فإنها تمنحه تسارعًا يتناسب طرديًا مع مقدار القوة وعكسيًا مع كتلته”. من أبرز تلك التطبيقات: الهندسة الميكانيكية، تصميم المباني والجسور، بالإضافة إلى آلة أوتوود. تعتمد الصيغة الرياضية للقانون على العلاقة: ت2/ ت1 = ك1/ ك2.