ما هو قانون نيوتن الثاني

يعد العالم إسحق نيوتن ثورةً في الفيزياء الحديثة، وكان له نفوذ كبير في كل العصور. لكن هل تعلم ما هو قانون نيوتن الثاني؟

4 إجابات

قانون نيوتن الثاني للحركة هو قانون مهم للغاية لأنه يظهر العلاقة بين القوة والحركة ويسمح لك بحساب تسارع جسم بقوى معروفة، الأمر الضروري جدًّا للعلماء والمهندسين والمخترعين، فمن خلال التحكم في القوة التي تمارًس على الأشياء أو قياسها أو حسابها يمكننا تحديد مسارها وبالتالي معرفة مكان وجودها في أي وقت، حيث يقول قانون نيوتن الثاني أنه كلما زادت كتلة الجسم التي يتم تسريعها زادت كمية القوة اللازمة لتسريع الجسم.

ركوب الدراجة هو مثال جيد على قانون الحركة بحيث تكون دراجتك هي الكتلة وقوة عضلات ساقيك بالضغط على دواسات الدراجة هي القوة، فلنفترض أن لديك دراجتين متطابقتين لكل منهما سلة، دراجة بسلة فارغة والأخرى تحتوي على سلة مليئة بالرمل، فإذا حاولت ركوب كل دراجة وقمت بالضغط على الدواسات بنفس القوة بالضبط ستتمكن من تسريع الدراجة بالسلة الفارغة أكثر من الدراجة ذات السلة المليئة بالرمل، حيث يضيف الرمل كتلة للدراجة الثانية وبالتالي عليك تطبيق المزيد من القوة على الدواسات لجعل الدراجة مع الرمل في السلة تتحرك، ويمكن التعبير عن ذلك على شكل معادلة على النحو التالي:

a = F / m

والقوة الصافية تساوي ناتج الكتلة مضروبًا في التسارع.

F = m • a

أكمل القراءة

يصف قانون نيوتن الثاني للحركة سلوك الأجسام والقوى غير المتوازنة الموجودة فيها، فينص على أن تسارع الجسم يعتمد على متغيرين أساسيين، هما القوة الخارجية الصافية التي تؤثر في الجسم وكتلة الجسم نفسها.

يعتمد تسارع الجسم على مقدار القوة الصافية التي تؤثر عليه، فكلما زادت القوة الخارجية على الجسم بنفس اتجاهه يزداد تسارعه، وبالعكس كلما زادت كتلة الجسم يتباطأ ويقل تأثير القوة الخارجية عليه.

فمثلاً إذا كان لديك كرتين إحداها من الورق والأُخرة من الحديد وطبقت عليهما نفس المقدار من القوة ستلاحظ عزيزي أن نفس المقدار من القوة يزيد تسارع كرة الورق بشكل كبير بينما يكون التسارع أقل بكثير بالنسبة لكرة الحديد، وهذا بسبب اختلاف كتلتيهما، فكلما زادت الكتلة قل التسارع.

فإذا كان الجسم ثابتاً عند تسارع يساوي الصفر، وأثرت عليه قوة خارجية ثابتة فإنه سيبدأ بالتسارع إلى أن يصل إلى السرعة الثابتة التي تعتمد على مقدار القوة وكتلة الجسم، وإذا كان الجسم متحركاً فيمكن أن تزيد سرعته أو تنقص أو حتى تغير اتجاهه في حال لم تُطبق عليه القوة بنفس الاتجاه.

ويمكن حساب مقدار القوة المؤثرة على الجسم عن طريق ضرب الكتلة بالتسارع بهذه المعادلة البسيطة:

قانون نيوتن الثاني

حيث يُعبر عن القوة المؤثرة على الجسم بالرمز (F) وعن الكتلة بالرمز (m) وعن التسارع بالرمز (a).

أكمل القراءة

إسحاق نيوتن أحد أشهر علماء الفيزياء والرياضيات على الإطلاق، والذي صاغ العديد من القوانين التي أحدثت ثورة وقفزة نوعيّة في مجالات العلوم المختلفة، وضع نيوتن قوانين الحركة Laws of Motion في عام 1687 في كتابه الشهير (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) والتي شملت ثلاثة قوانين.

ينص قانون نيوتن الثاني على ما يلي: إذا أثرّت قوة خارجيّة على جسم ما فإنّه يكتسب تسارعًا يتناسب طرديًا مع القوة المؤثّرة عليه، ويتناسب عكسيًا مع كتلة الجسم المؤثرة به، وتُعطى العلاقة الرياضية للقانون بالشكل الآتي: F=m×a حيث أنّ:

  • F: القوة الخارجيّة المؤثرة في الجسم مُقاسة بواحدة النيوتن N.
  • m: كتلة الجسم مُقاسة بواحدة كيلوغرام Kg.
  • a: التسارع مُقاس بواحدة متر/ثانية  m/s.

يوضّح هذا القانون سلوك الأجسام المختلفة عند تعرّضها لقوى خارجيّة، فكما نجد أنّ مجموع القوى الخارجيّة المؤثّرة في الجسم تساوي جداء كتلة الجسم بتسارعه المكتسب، ومن العلاقة نجد أنّ كل جسم يكتسب تسارعًا مختلفًا عند تأثّره بقوّة خارجيّة وذلك يعتمد على كتلته، فعلى سبيل المثال إذا أثرت قوة بجسمين مختلفين بالكتلة نجد أنّ الجسم الأخف كتلةً يكتسب سرعة وتسارع أكبر من الجسم الأكبر كتلة.

أكمل القراءة

يتنبأ قانون نيوتن الأول للحركة بسلوك الأجسام الساكنة، بينما يتعلق قانون نيوتن الثاني بسلوك الأجسام المتحركة أو التي لا تتوازن فيها جميع القوى المؤثرة، ونحن نعلم أن الأشياء لا يمكن أن تتسارع إلا إذا كان هناك قوى تؤثر على الجسم، حيث ينص هذا القانون على أن تسارع الجسم يعتمد على متغيرين هما كتلة الجسم والقوة الكلية المؤثرة على الجسم نفسه، ويتناسب طردًا مع القوة المطبقة وعكسًا مع الكتلة.

وبمعنى آخر فإذا تضاعفت القوة الكلية فسيكون تسارع الجسم أكبر بمرتين، وبالمثل، إذا تضاعفت كتلة الجسم فإن تسارعه سيكون بمقدار النصف، ويمكن التعبير عن ذلك بالمعادلة التالية:

  • a = F / m

بينما نعبر عن القوة المؤثرة بدلالة التسارع والكتلة بالعلاقة التالية:

  • F = m × a

استخدامات قانون نيوتن الثاني

قانون نيوتن الثاني

يفسر قانون نيوتن الثاني الكثير من المواقف الحياتية اليومية، حيث يمكن تحديد الطريقة التي يتحرك بها أي جسم من حولنا تقريبًا، مثل حركة القطارات وتحديد سرعتها، وكيف تتحرك تيارات الهواء والمحيطات، وتفسير سبب عدم سقوطك على الأرض، حيث أن رد فعل سطح الأرض الذي يندفع إلى أعلى ضد قدميك يؤثر بقوة مساوية لوزنك لكن معاكسة له بالإتجاه وهذا ما يجعلك متوازن عند الحركة.

كما تمثل لعبة شد الحبل مثال واضح على هذا القانون، فعندما يسحب فريقين في إتجاهين متعاكسين فإن حركة الحبل حسب قانون نيوتن الثاني سيتم تحديدها من خلال القوة الكلية المؤثرة على الحبل وسيكون حجم هذه القوة الكلية هو الفرق بين أحجام القوى التي يبذلها الفريقين، بينما سيكون إتجاه القوة هو اتجاه الفريق صاحب القوة الأكبر. ويتم تطبيق نسخة معدلة من هذا القانون في التطبيقات التي تتغير فيها كتلة الجسم، مثل الصاروخ الذي يحرق الوقود ويصبح أخف وزناً أثناء صعوده عبر الغلاف الجوي.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ما هو قانون نيوتن الثاني"؟