شرح قوانين نيوتن في الحركة – للصف الخامس العلمي

مقدمة

تُعد قوانين نيوتن الثلاثة من أهم الأسس التي بُنيت عليها الفيزياء الكلاسيكية. وهي تفسر حركة الأجسام والقوى المؤثرة عليها. في هذه المحاضرة سنشرح القانون الثاني لنيوتن بالتفصيل، ونتناول بعده القانون الثالث، مع توضيح العلاقات الرياضية والتجارب التوضيحية لتثبيت المفاهيم.

أولاً: القانون الثاني لنيوتن

❖ صيغة القانون:

“يتناسب تعجيل الجسم طرديًا مع محصلة القوى المؤثرة عليه، وعكسيًا مع كتلته، ويتجه باتجاه القوة المؤثرة.”

❖ الصيغة الرياضية:

$$F = m \cdot a$$

• F: محصلة القوى المؤثرة (نيوتن)
• m: كتلة الجسم (كغم)
• a: تعجيل الجسم (م/ث²)

❖ تفسير التناسب الطردي والعكسي:

• عندما تزداد القوة F وثبتت الكتلة، فإن التعجيل a يزداد → تناسب طردي.
• عندما تزداد الكتلة m وثبتت القوة، فإن التعجيل a يقل → تناسب عكسي.

نشاط توضيحي 1: العلاقة بين القوة والتعجيل (بثبوت الكتلة)

◉ الأدوات:

1. قبان حلزوني
2. قرص معدني
3. سطح أفقي أملس

◉ خطوات النشاط:

1. ثبت طرف القبان بحافة القرص.
2. اسحب القرص بقوة أفقية (F).
3. لاحظ أن القرص يتحرك بتعجيل معين (a).
4. كرر العملية ولكن بقوة مضاعفة (2F)، سترى أن التعجيل يصبح (2a).
5. ثم اسحب بنفس القرص بقوة نصفية (0.5F)، فالتعجيل يصبح (0.5a).

◉ الاستنتاج:

كلما زادت القوة المؤثرة، زاد التعجيل. وكلما قلت القوة، قل التعجيل.
⇦ إذًا: العلاقة بين F و a طردية.

نشاط توضيحي 2: العلاقة بين الكتلة والتعجيل (بثبوت القوة)

◉ الأدوات:

1. قبان حلزوني
2. مكعبان من الثلج (كتلتين مختلفتين)
3. سطح أفقي أملس

◉ خطوات النشاط:

1. ضع المكعب الأول (كتلته m₁) على السطح وابدأ بسحبه بقوة F.
2. سجل التعجيل a₁.
3. ضع المكعب الثاني (كتلته m₂ = 2m₁) واسحبه بنفس القوة F.
4. لاحظ أن التعجيل يصبح نصف a₁.
5. إذا جمعت المكعبين وسحبتهم بقوة F، يصبح التعجيل أقل من السابق (مثلاً a = a₁/3).

◉ الاستنتاج:

كلما زادت الكتلة، قل التعجيل.
⇦ إذًا: العلاقة بين m و a عكسية.

❖ تعريف الوزن:

الوزن هو قوة جذب الأرض للجسم.

❖ القانون:

$$W = m \cdot g$$

• W: الوزن (نيوتن)
• m: الكتلة (كغم)
• g: تعجيل الجاذبية الأرضية (9.8 م/ث²)

❖ قانون الجذب العام لنيوتن:

❖ النص:

“كل كتلتين في الكون تجذبان بعضهما البعض بقوة تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب كتلتيهما، وعكسيًا مع مربع المسافة بين مركزيهما.”

❖ الصيغة الرياضية:

$$F = G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{d^2}$$

• F: قوة الجذب بين الكتلتين (نيوتن)
• G: ثابت الجذب العام
• m₁ و m₂: الكتلتان
• d: المسافة بين مركزي الكتلتين

ثانياً: قانون نيوتن الثالث

❖ نص القانون:

“لكل فعل رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه، ويؤثران في جسمين مختلفين.”

❖ تطبيقات حياتية:

1. المشي: عند دفع الأرض للخلف بالقدم (فعل)، تدفعك الأرض للأمام (رد فعل).
2. التجديف بالقارب: دفع الماء بالمجذاف للخلف (فعل)، يدفع القارب للأمام (رد فعل).
3. شخص يرمي كرة: دفع الكرة للأمام (فعل)، يدفع الجسم للخلف قليلاً (رد فعل).

❖ ملخص التعاريف المهمة:

❖ الأسئلة المهمة:

س: ما العلاقة بين القوة والتعجيل؟
ج: علاقة طردية، أي بزيادة القوة يزداد التعجيل (إذا كانت الكتلة ثابتة).

س: ما العلاقة بين الكتلة والتعجيل؟
ج: علاقة عكسية، أي بزيادة الكتلة يقل التعجيل (إذا كانت القوة ثابتة).

س: ما معنى قانون نيوتن الثالث؟
ج: لكل فعل رد فعل مساوٍ له بالمقدار ومعاكس له بالاتجاه ويؤثران في جسمين مختلفين.