الحركة هي موضوع رئيسي في الميكانيكا.
هناك قوانين مختلفة تشرح الحركة وأسباب التغيرات في الحركة. وقد اقترح السير إسحاق نيوتن أشهر قوانين الاقتراحات هذه. قام بتجميع قوانين الحركة الثلاثة في المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية (نُشر عام 1687).
قبل أن نبدأ في مناقشة قوانين الحركة لنيوتن ، دعونا نلقي نظرة على بعض المصطلحات والمفاهيم الأساسية المستخدمة لوصف الحركة.
القوة هي دفع أو سحب يعمل على جسم ما لتحريكه أو لتغيير حركته.
ومن المعروف أيضا باسم سرعة سرعة. تتأثر سرعة الجسم بالقوى.
التسارع هو مقياس لمدى سرعة تغير جسم ما في وقت معين (ثانية واحدة).
الكتلة هي كمية شيء موجود ويقاس بالجرام أو الكيلوغرامات.
الزخم هو إجمالي كمية الحركة الموجودة في الجسم.
قانون نيوتن الأول للحركة
يستمر الجسم في حالة الراحة أو في حركة موحدة على طول خط مستقيم ما لم يتم تطبيق قوة خارجية عليه. سواء دفعنا بدواسات الدراجة للصعود إلى أعلى التل ، أو دفعنا على الأرض للسير إلى الحديقة ، أو سحب درج عالق لفتحه ، فإن القوة التي نمارسها تجعل الأشياء تتحرك. يخبرنا قانون نيوتن الأول أنه عندما تعمل القوة الصافية الصفرية ، يجب أن تظل سرعة الجسم ثابتة. إذا كان الجسم واقفًا ، فسيظل ثابتًا. إذا كان يتحرك في البداية ، فإنه يستمر في التحرك بخط مستقيم بسرعة ثابتة.
يحدد قانون نيوتن الأول الجمود ويسمى بحق قانون القصور الذاتي . لطرد الكاتشب من قاع زجاجة الكاتشب ، غالبًا ما يتم قلبه رأساً على عقب ويدفعه إلى أسفل بسرعة عالية ثم يتوقف فجأة.
فيما يلي بعض تطبيقات قانون الحركة الأول لنيوتن:
- من أجل اللحاق بحافلة متحركة بأمان ، يجب أن نركض للأمام في اتجاه حركة الحافلة.
- كلما كان مطلوبًا القفز من حافلة متحركة ، يجب علينا دائمًا الركض لمسافة قصيرة بعد القفز على الطريق لمنعنا من السقوط في الاتجاه الأمامي.
- يندفع الدم من رأسك إلى قدميك بينما يتوقف بسرعة عند الركوب على المصعد الهابط.
- يمكن شد رأس المطرقة على المقبض الخشبي عن طريق ضرب الجزء السفلي من المقبض على سطح صلب.
- يتم وضع مساند الرأس في السيارات لمنع إصابات الاصابة أثناء الاصطدامات الخلفية.
- أثناء ركوب لوح تزلج (أو عربة أو دراجة) ، أنت تطير للأمام بعيدًا عن اللوحة عند ضرب رصيف أو صخرة أو أي شيء آخر يوقف حركة لوح التزلج بشكل مفاجئ.
قانون نيوتن الثاني للحركة
وفقًا لقانون الحركة الثاني لنيوتن ، فإن معدل تغير الزخم يتناسب طرديًا مع القوة المطبقة ، ويحدث هذا التغيير دائمًا في اتجاه القوة المطبقة. القوة الصافية المؤثرة على شيء ما تساوي ناتج كتلة الجسم وتسارعه.
القوة الصافية = الكتلة * التسارع أو F = ma
وكلما زادت كتلة الجسم ، زادت القوة الصافية لاستخدامه لتحريكه.
فيما يلي بعض تطبيقات قانون الحركة الثاني لنيوتن:
- إذا استخدمت نفس القوة لدفع الشاحنة ودفع السيارة ، فستكون السيارة أكثر تسارعًا من الشاحنة ، لأن الشاحنة لديها كتلة أقل.
- من الأسهل دفع عربة تسوق فارغة عن عربة التسوق الكاملة لأن عربة التسوق الكاملة لديها كتلة أكبر من عربة التسوق الفارغة. هذا يعني أنه يلزم المزيد من القوة لدفع عربة التسوق الكاملة.
- لاعب كريكيت يخفض يديه أثناء الإمساك بالكرة. إذا لم يخفض اللاعب يديه أثناء الإمساك بالكرة ، فإن وقت إيقاف الكرة صغير جدًا. لذا ، يجب تطبيق قوة كبيرة لتقليل سرعة الكرة إلى الصفر أو لتغيير زخم الكرة. عندما يخفض اللاعب يديه ، يتم زيادة الوقت المستغرق لإيقاف الكرة وبالتالي ، يجب استخدام قوة أقل لإحداث نفس التغيير في زخم الكرة. لذلك ، لم يصب يدا اللاعب.
- لاعب كاراتيه يكسر أكوام البلاط أو الطوب بضربة واحدة. عندما يضرب لاعب كاراتيه أكوام البلاط بيديه ، فإنه يفعل ذلك بأسرع ما يمكن ، وبعبارة أخرى ، فإن الوقت المستغرق لضرب أكوام البلاط صغير جدًا. مع انخفاض الزخم في يد لاعب الكاراتيه إلى الصفر عندما تضرب يديه أكوام البلاط في فترة زمنية صغيرة جدًا ، لذلك ، يتم بذل قوة كبيرة جدًا على كومة البلاط. هذه القوة كافية لكسر كومة البلاط.
قانون نيوتن الثالث للحركة
ينص قانون الحركة الثالث على أنه لكل فعل هناك رد فعل متساو ومعاكس يعمل بنفس الزخم والسرعة المعاكسة. البيان يعني أنه في كل تفاعل ، هناك زوج من القوى تعمل على الجسمين المتفاعلين. حجم القوى على الكائن الأول يساوي حجم القوة على الكائن الثاني. اتجاه القوة على الجسم الأول عكس اتجاه القوة على الجسم الثاني. تأتي القوى دائمًا في أزواج - أزواج قوة رد فعل متساوية ومعاكسة.
فيما يلي بعض تطبيقات قانون الحركة الثالث لنيوتن:
- عندما يندفع الهواء من البالون ، فإن رد الفعل المعاكس هو أن يطير البالون.
- عندما تغوص على لوح الغوص ، فإنك تدفع لأسفل على منصة الانطلاق. ينزلق اللوح للخلف ويدفعك إلى الهواء.
- فكر كيف تسبح الأسماك في الماء. تستخدم الأسماك زعانفها لدفع المياه للخلف. كما يدفع الماء الأسماك إلى الأمام وبالتالي دفع الأسماك من خلال الماء. حجم القوة على الماء يساوي حجم القوة على الأسماك ؛ اتجاه القوة على الماء (للخلف) عكس اتجاه القوة على الأسماك (إلى الأمام). لكل فعل ، هناك قوة رد فعل متساوية (في الحجم) وعكس (في الاتجاه). تسمح أزواج قوة رد الفعل للأسماك بالسباحة.
- النظر في حركة الطيور. يطير طائر باستخدام جناحيه. تدفع أجنحة الطائر الهواء لأسفل. نظرًا لأن القوى ناتجة عن التفاعلات المتبادلة ، يجب أن يدفع الهواء الطائر إلى أعلى. حجم القوة على الهواء يساوي حجم القوة على الطائر ؛ اتجاه القوة على الهواء (إلى أسفل) عكس اتجاه القوة على الطائر (إلى أعلى). تتيح أزواج قوة رد الفعل هذه للطيور إمكانية الطيران.
