تطبيقات قوانين نيوتن
سعى العالم نيوتن لإختراع الجاذبية الارضية وهو اول مخترع لها وإليكم بعض من قوانينه .
قانون نيوتن الأول هو أحد قوانين الحركة التي وضعها العالم الإنكليزي إسحاق نيوتن و ينص هذا القانون على ان يظل الجسم في حالته الساكنة(إما السكون التام أو التحريك في خط مستقيم بسرعة ثابتة) ما لم تؤثر عليه قوة تغير من هذا الحالة.
يشير القانون الأول للحركة -في علم الفيزياء- أنه إذا كان مجموع الكميات الموجهة من القوى التي تؤثر على جسم ما صفرا، فسوف يظل هذا الجسم ساكنا. وبالمثل فإن أي جسم متحرك سيظل على حركته بسرعة ثابتة في حالة عدم وجود أية قوى تؤثر عليه مثل قوى الاحتكاك.
ولقد استطاع العالم ابن سينا في القرن الرابع الهجري / العاشر الميلادي أن يصوغ في كتابه الإشارات والتنبيهات هذا القانون بلفظه: "إنك لتعلم أن الجسم خلي وطباعه، ولم يعرض له من خارج تأثير ونتائج غريب، لم يكن له بد من موضع معين، فإذن في طباعه مبدأ استيجاب ذلك". ما لدا يشير قانون نيوتن
ويشير إلى خاصية القصور الذاتي للجسم التي بها يدافع عن استمراره في الحركة المنتظمة وهو المعنى الثاني للقانون الأول للحركة فيقول: " الجسم له في حال تحركه ميل (مدافعة) يتحرك بها، ويحس به الممانع ولن يتمكن من المنع إلا فيما يضعف ذلك فيه، وقد يكون من طباعه، وقد يحدث فيه من تأثير ونتائج غيره فيبطل المنبعث عن انطباعه إلى أن يزول فيعود انبعاثه. وهذا هو القانون الأول لابن سينا.
ويقول في كتابه الشفاء: "... وليست المعاوقة للجسم بتعرف ما هو جسم، بل بمعنى فيه يطلب البقاء على حاله من المكان أو الوضع... وهذا هو المبدأ الذي نحن في بيانه".
ويستطرد في تأكيده لذات المعنى مرة أخرى بقوله: "ولكننا إذا حققنا القول، وجدنا أصح المذاهب مذهب من يرى أن المتحرك يستفيد ميلا من المحرك، والميل هو ما يحس بالحس إذا ما حوول أن يسكن الطبيعي بالقسر، أو القسري بالقسر". أي أن الجسم يكون له -حال تحركه- ميل للاستمرار في حركته، بحيث أنه إذا تمت إعاقته أحس الموقف بمدافعة يبديها الجسم للإبقاء على حاله من الحركة سواء كانت هذه الحركة طبيعية أو قسرية.
وهذا يعني أن ابن سينا يدلل بأن الجسم إذا لم يتعرض لقاسر خارجي، وترك لطبعه، فإن فيه خاصية تدعو للمحافظة على حالته الطبيعية، وتدافع عن بقائه على تعرف ما هو عليه.
قانون نيوتن الأول(Law of Inertia):
الجسم الساكن يبقى ساكنا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية فتحركه، والجسم المتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم يبقى على هذه الحالة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية فتغير الحالة الحركية له.ويسمى أيضا هذا القانون بقانون القصور الذاتي.
وقانون نيوتن الثاني : إذا أثرت قوة على جسم أكسبته تسارع تتناسب طرديا مع القوة المؤثرة ،وعكسيا مع كتلة الجسم.
قانون نيوتن الثالث : لكل فعل ردة فعل يساويه في المقدار ويعاكسه في الاتجاه.
ملاحظات هامة:
- يلزم لتطبيق قانون نيوتن الثالث وجود جسمين على الأقل أحدهما مصدر قوة الفعل والآخر مصدر قوة رد الفعل.
- القانون الثالث لنيوتن قانون قوة وليس قانون حركة، فهو يحدد القوة المؤثرة على جسم ولا يحدد حالته الحركية.
- الفعل ورد الفعل قوتان تؤثران على جسمين مختلفين لذلك لا تحسب محصلتهما لان عملية حساب محصلة قوتين أو أكثر يتطلب تأثير ونتائج هذه القوى على جسم واحد.
قوى التجاذب الكتلي :
تجذب الأرض الأجسام بقوة تتجه نحو مركزها(قوة وزن الجسم) ويجذب الجسم الذي تجذبه الأرض نحو مركزه كذلك.
قانون الجذب الكوني
كل جسمين ماديين في الكون يتجاذبان بقوة يتناسب مقدارها طرديا مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسيا مع مربع البعد بين مركزيهما.ويمكن حسابها من القانون التالي:
حيث أن G يسمى بثابت الجذب الكوني ويساوي:
مجال قوة التجاذب الكتلي:
و هي منطقة محيطة بالجسم المؤثر بقوة، حيث يظهر في هذه المنطقة أثر قوة الجذب الكتلي على أي جسم يوضع عندها.
و يمكن حساب مقدار مجال الجاذبية لأي جسم عند نقطة على النحو التالي: حيث أن M:كتلة الجسم المولد للمجال أو الكوكب.
قوى الاحتكاك (Friction Forces)
من النشاط السابق يمكن أن نستنتج:
- يؤثر السطح الخشن بقوة الاحتكاك على الجسم الذي يستند عليه أثناء محاولة تحريك الجسم، وأثناء حركته على السطح.
- قوة الاحتكاك مماسية وتعاكس اتجاه حركة الجسم المتحرك.
- إذا كان الجسم ساكنا فإن مقدار قوة الاحتكاك يزداد بزيادة قوة الشد حتى يصل لقيمة وذلك عندما يصبح الجسم على وشك الحركة.و تسمى هذه القوة بقوة الاحتكاك السكوني.
- خلال حركة الجسم تقل قوة الاحتكاك عن القيمة العظمى وتسمى في هذه الحالة بقوة الاحتكاك الحركي.
- لكل سطح معامل احتكاك سكوني: نسبة القيمة العظمى لقوة الاحتكاك السكوني إلى قيمة رد الفعل العمودي =
ومعامل احتكاك حركي: نسبة قوة الاحتكاك الحركي بين السطحين إلى قوة رد الفعل العمودي=
تطبيقات على قوانين نيوتن (Applications on Newton"s Laws)[ مظلات الهبوط:
إذا ترك جسم ليسقط سقوطا حرا في الفراغ فإنه يتحرك بعجلة ثابتة تساوي مقدار عجلة الجاذبية الأرضية ،إذا أهملت مقاومة الهواء عليه. و لكن مقاومة الهواء تؤثر على الجسم بإتجاه يعاكس حركته (نحو الأعلى) وبمقدار يزيد بزيادة مقدار كل من مساحة مقطع الجسم المعامد لاتجاه الحركة وسرعة الجسم، لذا فإن قوة مقاومةالهواء تزداد شيئا فشيئا أثناء سقوط الجسم حتى إذا ما أصبح مقدارها مساويا مقدار وزن الجسم تصبح محصلة القوتين (الوزن ومقاومة الهواء) مساوية الصفر عندئذ تنعدم عجلة حركة الجسم وتصبح حركته منتظمة .
عما كانت عليه ،أي تصبح أكبر من وزنه وتصبح حركته متباطئة تتناقص سرعتها شيئا فشيئا حتى يصل الأرض بسرعة صغيرة لا تسبب اذى للمظلي إذا ارتطم بها بالأرض.
الحركة على مستوى مائل أملس: حركة الجسم على المستوى المائل الأملس بتأثير ونتائج وزنه فقط معجلة بانتظام، متسارعة إذا كانت نحو الأسفل ومتباطئة إذا كانت نحو الأعلى ،و مقدارالعجلة فيها يساوي :
a = g sin?
a < g دائما لأن sin? <1
- مقدار قوة رد فعل المستوى على الجسم المتحرك يساوي :
N =W cos ? = m g cos?
- القوة المحصلة (التي تكسب الجسم المتحرك عجلة) هي مركبة وزن الجسم الموازية للمستوى، وتتجه نحو الأسفل.
- الزمن الذي يستغرقه الجسم المتحرك في الصعود يساوي الزمن الذي يستغرقه حتى يعود للنقطة التي بدأ منها صعوده.
- سرعة عودة الجسم المتحرك للنقطة التي بدأ صعوده منها تساوي في المقدار السرعة التي بدأ الصعود بها وتعاكسها في الاتجاه.
