الفصل الثالث – قوانين نيوتن في الحركة | فيزياء الخامس العلمي
🔹 مقدمة:
يبدأ الفصل الثالث في مادة الفيزياء بدراسة قوانين نيوتن للحركة، وهي من الركائز الأساسية لفهم ميكانيكا الأجسام. تمهيدًا لهذا الموضوع، نتعرّف أولًا على مفهوم “القوة”، وأنواعها، وتأثيرها على حركة الأجسام.
🔹 تعريف القوة:
القوة: هي المؤثر الذي يغير أو يحاول أن يغير الحالة الحركية للجسم أو شكله.
- وحدة قياسها: النيوتن.
- النيوتن الواحد: يعادل
- أداة القياس: القبان الحلزوني.
- الطبيعة: كمية متجهة (لها مقدار واتجاه).
أمثلة توضيحية:
- لتحريك جسم ساكن نحتاج إلى تطبيق قوة.
- لتغيير شكل ورقة، نضغط عليها بقوة.
🔹 أنواع القوة:
تنقسم القوى إلى نوعين أساسيين:
1. قوى التماس:
وهي القوى التي تحدث نتيجة وجود تماس مباشر بين جسمين.
- أمثلة: الدفع، السحب، الشد، الكبس.
- مثال حيوي: عندما “تسحل” كتاب الامتحان يوم الاختبار بسبب تراكم المادة، هذا سحب مباشر – قوة تماس!
2. قوى ينعدم فيها التماس:
قوى تؤثر بين الأجسام بدون وجود تماس مباشر.
- تشمل أربع قوى أساسية في الطبيعة:
- قوة الجاذبية: مثل جذب الأرض للأجسام.
- القوة الكهربائية: بين شحنتين كهربائيتين.
- القوة المغناطيسية: بين أقطاب مغناطيس.
- القوة النووية: داخل نواة الذرة.
✅ تعريف قوة الجاذبية: هي قوة التجاذب المتبادلة بين كتلتين في الكون.
مثال توضيحي:
- الشمس تجذب الأرض دون وجود تماس بينهما.
- المشط يجذب قصاصات الورق عند شحنه، مثال على القوة الكهربائية الساكنة.
🔹 القوة النووية:
تنقسم إلى نوعين:
- قوة نووية قوية: تعمل على ربط البروتونات والنيوترونات داخل نواة الذرة.
- قوة نووية ضعيفة: مسؤولة عن انحلال جسيمات بيتا.
✅ ملاحظة مهمة: البروتونات كلها موجبة، ومن المفترض أن تتنافر، لكن وجود القوة النووية القوية يمنعها من ذلك. هذا مثال على قوة لا ترى بالعين لكنها قوية جدًا.
🔹 القصور الذاتي (Inertia):
تعريف القصور الذاتي: هو خاصية يمتلكها الجسم تُحدد مقدار مقاومته لأي تغير في حالته الحركية، ويعتمد على كتلته ويتناسب طرديًا معها.
أمثلة حياتية:
- عند الضغط المفاجئ على فرامل السيارة، يتقدم جسمك للأمام.
- عند تسريع السيارة، يرجع جسمك للخلف.
مثال رياضي توضيحي: لو أُطلقت عليك كرة منضدة (خفيفة) ثم كرة بيسبول (ثقيلة)، فإن الكرة الأثقل تتطلب قوة أكبر لإيقافها، بسبب القصور الذاتي.
🔹 قانون نيوتن الأول للحركة (قانون القصور الذاتي):
النص:
“يبقى الجسم الساكن ساكنًا، والجسم المتحرك بسرعة منتظمة يبقى متحركًا بسرعة منتظمة، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته.”
- هذا القانون يؤكد أن الأجسام تميل للمحافظة على حالتها الحركية، ما لم تؤثر عليها قوى خارجية.
🔹 تجربة توضيحية – القصور الذاتي:
الأدوات:
- قنينة زجاجية.
- حلقة معدنية ملساء.
- قلم.
الخطوات:
- توضع القنينة بوضع شاقولي.
- توضع الحلقة المعدنية فوق فوهة القنينة.
- يوضع القلم فوق الحلقة.
- تُسحب الحلقة بسرعة أفقية.
النتيجة:
- تتحرك الحلقة جانبيًا بفعل القوة.
- يبقى القلم ساكنًا لحظيًا ثم يسقط داخل القنينة.
الاستنتاج:
- القلم لم يتحرك مع الحلقة لأنه لا توجد قوة مباشرة مؤثرة عليه.
- هذا يُظهر خاصية القصور الذاتي.
🔹 تطبيقات حياتية للقانون:
- الفرملة المفاجئة في السيارة → يؤدي إلى اندفاع الجسم للأمام.
- التسارع المفاجئ → يؤدي إلى رجوع الجسم للخلف.
- الزورق الصغير لا يستطيع جر سفينة كبيرة → لأن القوة المطلوبة تفوق قدرته، نتيجة قصور ذاتي كبير للسفينة.
✅ خلاصة:
- القوة هي أساس الحركة.
- لكل جسم ميل طبيعي للمحافظة على حالته (قصور ذاتي).
- قانون نيوتن الأول يشرح ذلك بدقة.
- التجارب والأمثلة تثبت المفاهيم بصورة بسيطة وسهلة الفهم.