فـــــــــيزيــــــا الصف أول ثـــــــااانوي

قوانين الحركة لنيوتن:
في القرن السابع عشر الميلادي، اقترحعالم الرياضياتالإنجليزي السير إسحق نيوتن ثلاثة قوانين للحركة، وقدمكَّنت هذه القوانين العلماءمن وصف مجموعة كبيرة من الحركات. وفي الحقيقة كانالعلماء العرب قد سبقوه فيالإشارة إلى واحد من هذه القوانينالثلاثة .
قانون نيوتنالأولNewton's First Law:ونصه: "كل جسم يبقى على حالته، من حيث السكون أو الحركةبسرعة منتظمة في خط مستقيم،ما لم تؤثرِّ عليه قوة تُغير من حالته". وهذا يعني أنالجسم الساكن سوف يظل ساكنًاما لم تؤثر عليه قوة تحرِّكه. ويُطلق على قانون نيوتنالأول مبدأ القصور الذاتي. والقصورالذاتي خاصية المادة التي تعبر عن استمرارية الحركة إذا كان الجسممتحركًا،أواستمرارية السكون، إن كان ساكنًا. والقوى التي تُغيِّر حركة الجسم يجب عليهاأنتتغلّب أولاًعلى القصور الذاتي له. وكلما كانت كتلة الجسم كبيرة، كان منالصعوبةبمكانتحريك الجسم أو تغيير سرعته. ويُفيد القصور الذاتي في قياس صعوبةتحريكالأجسام..

القصور الذاتيخاصية من خواص كل المواد تجعل الجسم الذي لا يتحركمستمرًا في حالعدم حركته، مالم تدفعه قوة إلى الحركة. ويجعل القصورالذاتي أيضًا الجسم المتحركمستمرًا في الحركة بسرعة ثابتة وفي الاتجاه ذاته ما لمتتدخل قوة خارجية وتغيرحركته. ومثل هذه القوة وحدها هي القادرة على أن تجعلالجسم المتحرك يبطئ من سرعةحركته، أو يُسرع، أو يتوقف، أو يدور. والاحتكاك معالأجسام الأخرى إحدى القوى التيتُبطّئ، عادة، أو ُتوقِف الأجسامالمتحركة.
وتتوقف القوة المطلوبة لتغييرحركة جسم ما على كتلة ذلك الجسم. ويمكن تعريف الكتلة بأنها كمية المادة الموجودة فيجسم ما. وكلما كبرت كتلة الجسم كانتحريكه أو تغيير اتجاهه وسرعته أصعب. فإيقافقاطرة متحركة، على سبيل المثال، يحتاج إلى جهد أكبر منإيقاف سيارة تسير بالسرعةذاتها. والسبب في ذلك هو العلاقة بين القصور الذاتيوالكتلة. ويعرف علماء الفيزياءالكتلة عادة بأنها قياس للقصور الذاتي عِوضًا عن قياسالمادة.
وتتوقفالصعوبة في تغيير اتجاه أو سرعة جسم ما أيضًا علىالسرعة التي يتم بها التغيير. وإبطاء،أو زيادة سرعة جسم ما، أو جعله يدور فجأة تكون أصعب من إحداث هذهالتغيراتبالتدرج. وتجد السيارة صعوبة أكثر في التوقف على طريقمنحنٍ وهى تسير بسرعة عاليةعنها وهي تسير بسرعة بطيئة. ويستخدم علماء الفيزياءمصطلح تسارع لوصف معدل التغيرفي اتجاه أو سرعة جسم ما.
وكان العالم البريطاني السير إسحق نيوتن أولمنوصف القصورالذاتي. وقدَّم هذه الفكرة في أول قانون خاص بالحركة، نُشر عام 1687م.



قانون نيوتنالثاني:Newton's second law :القانون الثاني. ونصه: "يتناسب التسارع المتولد في الجسم مع القوة المحدثة له،ويكون في اتجاهها". وهو بذلك يصفكيفية تغيير الجسم لحركته عند تأثير قوة عليه. ويعتمدمقدار تغيير الحركة على مقدار القوة المؤثرة، وكتلة الجسم. فإذازادتالكتلة، قلّمقدار تغيير حركة الجسم، والعكس صحيح وذلك عند التأثير بقوة معينةعلىالجسم. ولذاففي حالة تأثير القوة نفسها على جسمين، فإن تغيير حركة الجسمالأقلوزنًا يكونأكثر. وينص قانون نيوتن الثاني أيضًا على أن تأثير قوّة معينةيكوندائمًا فياتجاهها؛ فإذا دُفع جسم صوب الغرب، مثلاً، فإنه يتحرّك في هذاالاتجاهوليسالاتجاه المضاد. ويُكتب قانون نيوتن الثاني على النحو التالي:



حيث ( F ) هي القوة المؤثرة، و( m ) الكتلة، و ( a ) التسارع. ويستخدم العلماءهذه العلاقة لوصف حركة جميع أنواعالأجسام.
وتبعَا لقانون نيوتن الثاني،تتسبب القوى في إحداث تغييرات فيحركة الأجسام. لنفترض أنّ شخصًا أطلق رصاصة منماسورة بندقيّة في اتجاه أفقي، فحسبقانون نيوتن الأول، فإن الرّصاصة تستمر فيالحركة في خط مستقيم للأبد ما لم تؤثّر عليها قوىً،ولكن جاذبية الأرض تؤثرِّ علىالرصاصة وتسقطها نحو الأرض. يحدث هذا السُّقوط لأن قوةالجاذبية تجذب الرصاصة إلىأسفل، في اتجاه عموديّ على اتجاهالحركة.
إذا أطلقت الرصاصة أفقيًا منارتفاع 4,9م فوق سطح الأرض، فإنالرصاصة سوف تتسارع بوساطة الجاذبية، وتصطدم بالأرضبعد ثانية واحدة ـ وهو الزمن الذييستغرقه جسم ساقط من الارتفاع نفسه سقوطا حُرّانحو الأرض. وبسبب الجاذبية، حُدِّدللبنادق والمدافع مدى مُعيَّن لإصابة الهدف، كمايجب أن تُطلق الرصاصات في اتجاه أعلىقليلاً لزيادة المدى ولتعويض مسافةالسقوط.

قانون نيوتن الثالثNewton's third law: القانونالثالث. ينص على أنه "لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومضاد لهفيالاتجاه". فَعَلى سبيلالمثال، عندما تتسرب الغازات من محرك الصاروخ أثناء الإقلاع،فإن الصاروخ يُدفَع إلى أعلى. تتسببحركة الغازات المندفعة إلى أسفل في توليد ردِّفعل يدفع الصاروخ إلى أعلى. ويمكِّنرد الفعل الصاروخ من التغلب على مقاومة الهواء،والصعود إلى الفضاء. وتوجد أمثلةأخرى كثيرة على قانون نيوتن الثالث. فعند انطلاقرصاصة من بندقيّة، يكون إطلاقالرّصاصة هو الفعل، وارتداد البندقيّة إلى الوراء هوردّ الفعل، وينشأ كلاهما عن تمدُّدالغاز نتيجة تفجُّر البارود. كذلك دورانمرَشَّات العُشب في اتجاه رذاذ الماء في الاتجاهالمضاد.

أحيانًا يكون منالصعوبة بمكان التعرف على ردّ الفعل. فعندما تقذف كرةنحو حائط، ثم ترتدّ الكرة،فإننا لا نرى الحائط يتحرك في الاتجاه المضادّ. ولكنهناك حركة صغيرة للمساحة التيضُرِبَت من الحائط. وإذا ارتدّت الكرة من الأرض، فإنالكرة الأرضية تتحرّك فيالاتجاه الآخر، ولكن لأن كتلة الأرض كبيرة للغاية، فإنهذه الحركة تكون ضئيلة جدًاولا نستطيع أن نميزها.


تعديلات أُُدخلت على قوانين نيوتن. اقْتُرِحَتْتعديلات في قوانين نيوتن، وبصفة خاصة في القانونالثاني، بوساطة الفيزيائي الألمانيالمولد ألبرت أينشتاين في بداية القرن الحاليّ. فمثلاً،توصل أينشتاين إلى أن كتلةالجسم يمكن أن تتغير مع تَغَيُّر سرعته بناء على نظريتهالنظرية النسبية الخاصة. ولكن هذاالتأثير يكون ذا أهمية فقط عند السرعات القريبة من سرعة الضوء،وهي 299,792كم