Download
1 / 44
450 likes | 588 Views
القوة والحركة. والقوانين الثلاثة لنيوتن إعداد الطالبة: ريما وليد محمود اشراف المعلمة: سلوى أبو غنيمة. אנטראקציה – כוחות ותנועה. אינטר – בין אקציה – פעולה. פעולה הדדית – تأثير متبادل. في التأثير المتبادل. جسم 1. يجب توفر جسمان. جسم 2. كل تلامس بين جسمين يؤدي إلى تأثير متبادل.
E N D
القوة والحركة والقوانين الثلاثة لنيوتن إعداد الطالبة: ريما وليد محمود اشراف المعلمة: سلوى أبو غنيمة
אנטראקציה – כוחות ותנועה אינטר – בין אקציה – פעולה פעולה הדדית –تأثير متبادل
في التأثير المتبادل جسم 1 يجب توفر جسمان جسم 2 كل تلامس بين جسمين يؤدي إلى تأثير متبادل
لا يمكن للجسم الاول ان يلمس الجسم الثاني بدون ان يلمس الجسم الثاني الجسم الاول يحدث التأثير المتبادل في نفس الوقت (واحد يؤثر على الثاني ويتأثر به) نتيجة للتأثير المتبادل هناك تغيير – ليس بالضرورة ان يكون نفس التغيير عند الجسمين
خواص التأثير المتبادل لا علاقة للشكل الخارجي ولحجم الاجسام المشاركة في التأثير المتبادل (ولد ضخم وولد نحيل) لا علاقة لنوع الاجسام (جماد، كائن حي...)
لا علاقة لمن هو الجسم المبادر لحدوث تلامس في التأثير المتبادل . مثال: الولد اكل البوظة أي انا الولد هو المبادر، لكن لا أهمية لذلك لا علاقة لقصد الجسم المبادر من التأثير (الولد الضخم يريد انا يؤلم الولد النحيل)
لا علاقة للنتيجة (الولد الصغير يصرخ من شدة الألم لأن اخاه الكبير ضربه بينما أخاه الكبير لا يفعل ذلك)
ذَكَرْتُ سابقًا ان كل تلامس بين جسمين يؤدي إلى تأثير متبادل بين هذين الجسمين. لكن السؤال الذي يطرح نفسه هو: . . هل بالضرورة ان يحدث التأثير المتبادل فقط عندما يتلامس جسمان؟؟ عن هذا السؤال سوف أتحدث فيما بعد...
مقدمة الحركة مظهر عام من مظاهر الحياة، وفي بيئتنا القريبة نحن محاطون بأنواع شتى من الحركة. فالكائنات الحية تتحرك باستمرار، كما أن هناك حركة القطارات والطائرات والسيارات وغيرها من وسائل النقل، وهذه يتحكم فيها الإنسان ويستثمرها لخدمته ورفاهيته. ولا تقتصر الحركة على الأجسام الأرضية أو القريبة من سطح الأرض، فللأجرام السماوية كالمجرات والنجوم والكواكب والأقمار حركات أيضاً. فلا عجب إذاً أن كان علم الحركة من أقدم العلوم التي درسها الإنسان وركز اهتمامه نحوها. ورغم ما بين هذه الحركات من اختلاف ظاهر إلا أنه يمكن دراستها جميعاً في ضوء مجموعة من القوانين العامة.
الحركة بدون قوة إن الاعتقاد بوجود علاقة ما بين القوة والحركة أمر تقودنا إليه مشاهداتنا وخبراتنا اليومية. فمثلاً نجد أن العربة يجرها حصان والقارب الشراعي تدفعه الرياح. وغالباً ما نستعين بقوانا العضلية لتحريك الأجسام فندفعها أو نشدها في اتجاهات مختلفة. وكذلك الحال عندما نسقط جسماً بالقرب من سطح الأرض فإننا نعلل حركته باتجاه مركزها لوجود قوة الجاذبية الأرضية وتأثيرها في الأجسام.
قوة مؤثرة قوة مؤثرة قوة مؤثرة قوة مؤثرة قوة مؤثرة
في جميع الأمثلة السابقة نجد بوضوح أن الحركة يصاحبها قوة من نوع ما سواء أكانت عضلية أم غيرها. ولكن هل يعني ذلك بالضرورة أن القوة والحركة عنصران متلازمان، أي أن وجود احدهما يعني وجود الآخر وانعدام أحدهما يعني انعدام الآخر؟ تستطيع ان تدفع صخرة كبيرة بكل قوتك ولكن دون ان تحركها، وتستطيع أن تدفع جدار غرفتك بكل ما أوتيت من قوة ولكن دون أن يتحرك الجدار من مكانه، وعندما يتوقف بك المصعد في أحد الطوابق فلا بد أن السلك المثبت فيه يشده إلى الأعلى ورغم ذلك يبقى المصعد ساكناً، كما أن أقوى المغنطيسات التي تستعملها في مختبر مدرستك لا تستطيع أن تحرك قطعة من الحديد كتلتها في حدود 2 كجم إذا وضعت بالقرب منها على سطح الطاولة. وفي هذه الأمثلة ندرك وجود قوة مؤثرة في الجسم ( العربة، الجدار، الكتلة الحديدية) ورغم ذلك فإن هذه القوة لم تتسبب في إحداث حركة لهذا الجسم.
تستطيع ان تدفع صخرة كبيرة بكل قوتك ولكن دون ان تحركها عندما يتوقف بك المصعد في أحد الطوابق فلا بد أن السلك المثبت فيه يشده إلى الأعلى ورغم ذلك يبقى المصعد ساكناً
S N قطعة حديدية كتلتها 2 كغم أن أقوى المغنطيسات التي تستعملها في مختبر مدرستك لا تستطيع أن تحرك قطعة من الحديد كتلتها في حدود 2 كغم إذا وضعت بالقرب منها على سطح الطاولة
نستنتج في ضوء ما سبق إلى أن القوة يمكنها أن تتسبب في إحداث الحركة. ولكن هل توجد حركة بدون قوة؟ ؟؟ إذا انطلقنا من خبراتنا السابقة واليومية نجد أنه لتحريك جسم ما على سطح أرض الغرفة نحتاج إلى دفعه باستمرار وإلا توقف بعد فترة قصيرة. وعند قيادة السيارة ولكي نحافظ على سرعتها فإن على محركها أن يعمل باستمرار ليزودها بالقوة اللازمة للمحافظة على سرعتها وإلا تناقصت هذه السرعة وتوقفت السيارة. والقارب الشراعي يستمر في حركته طالما أن الريح تهب وتدفعه في عرض البحر ولكن عندما تسكن الريح تتضاءل سرعته ويتوقف عن الحركة، ويستمر هذا الحال إلى أن تهب الرياح مرة أخرى.
الحالة 1 بدء عرض الحالة 1 القارب الشراعي سيستمر في حركته طالما أن الريح تهب وتدفعه في عرض البحر الدراجة ستستمر في حركتها طالما أن الولد يدفعها بدء عرض الحالة 2 الحالة 2
نظرية ارسطو أن أمثال هذه المشاهدات قادت الفيلسوف الإغريقي أرسطو إلى أن يضع أول نظرية شبه متكاملة حول حركة الأجسام. لقد اقترح أرسطو إنه لا بد من وجود قوة ثابتة تؤثر في الجسم لكي يحافظ على حركته بسرعة منتظمة. ومن الواضح أن هذه النظرية تقودنا إلى أن القوة والحركة عنصران متلازمان فالجسم المتحرك يتوقف تماماً عن الحركة في حالة انقطاع القوة المسببة لها. ظلت آراء أرسطو قروناً عديدة إلى أن جاء جاليليو (الفيزيائي الحقيقي) الذي قرن المنطق العلمي والرياضي بالتجريب فأخضع النظريات لاختبارات عملية كما صمم التجارب المنظمة وتحكم فيها لتكون مصدراً لنتائجه ومعلوماته.
اضغط هنا لبداية الحركة يدفع الولد نفسه في قوة ثابتة كل مرة لهذا فان سرعته ثابتة ومنتظمة
جاليلو واستنتاجاته لقد لاحظ جاليليو أن قوة الاحتكاك هي المسؤولة عن توقف الأجسام المتحركة وليس غياب أو اضمحلال القوة الأصلية التي سببت الحركة. وقوة الاحتكاك هي قوة إعاقة تحدث عند تحريك أو محاولة تحريك جسم على جسم آخر ملامس له. غير أن السؤال الذي يتبادر للأذهان هو: لو استطعنا التخلص من الاحتكاك نهائياً فمتى وأين سيقف الجسم المتحرك؟ لقد قادت التجارب جاليليو لأن يستنتج أنه في غياب قوة الاحتكاك، فإن الجسم المتحرك يستمر في حركته وبسرعة منتظمة في خط مستقيم دون الحاجة إلى قوة لتحركه.
المشاهدات الأولى لجاليلو بدء عرض الحالة 1 أن قوة الاحتكاك هي المسؤولة عن توقف الأجسام المتحركة، لهذا فإن الكرة توقفت بدء عرض الحالة 2 لنفرض ان الكرة غير موجودة على شيء تحتك فيه: أن في غياب قوة الاحتكاك، فإن الجسم المتحرك يستمر في حركته وبسرعة منتظمة في خط مستقيم دون الحاجة إلى قوة لتحركه
لاحظ جاليليو أنه إذا تحركت كرة على مستوى مائل وإلى الأسفل ثم بعد ذلك استمرت لتصعد مستوى مائل آخر مماثلاً للمستوى الأول (له نفس زاوية الميل)، فإنها تصل في المستوى الثاني إلى نفس الارتفاع تقريباً الذي بدأت منه على المستوى الأول. ثم أدرك بعدها أن الكرة ستصل إلى نفس الارتفاع مهما كانت زاوية ميل المستوى الثاني وستقطع الكرة مسافة أكبر في هذه الحالة قبل أن تقف.
المشاهدات الأخرى لجاليلو الحالة 1 اضغط هنا لبداية عرض الحالة 2 اضغط هنا لبداية عرض الحالة 1 الحالة 2
ما الذي سيحدث إذا جعلنا المستوى الثاني في وضع أفقي تماماً وكان المستوى بالطبع أملس؟ أين ستقف الكرة؟ اضغط هنا لبداية العرض * بالطبع انها ستستمر في حركتها ولن تتوقف إلا اذا اوقفها جسم ما
القانون الأول لنيوتن لقد قام إسحق نيوتن بتعميم الفكرة التي توصل إليها جاليليو لتكون قانونًا عالميًا وصاغه على النحو التالي: ”كل جسم يحتفظ بحالته من السكون أو الحركة ما لم تؤثر فيه قوة خارجية.“
الكتاب والتفاحة سوف يبقيان في هذه الحالة ما لم تؤثر عليهما أي قوة خارجية اضغط هنا لبداية العرض سوف يبقى الولد يسير في خط مستقيم وفي نفس السرعة ما لم تؤثر عليه أي قوة خارجية
القانون يوضح حالة الجسم سواء لم تؤثر فيه أية قوة على الإطلاق أم كان واقعًا تحت تأثير مجموعة من القوى المتزنة. ففي كلتا الحالتين يبين لنا القانون الأول في الحركة أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا والجسم المتحرك بسرعة منتظمة في خط مستقيم يظل في حركته المنتظمة ما لم تؤثر في الجسم في الحالتين قوة إضافية. أي أن القانون لا يفرق من حيث المبدأ بين الجسم الساكن والجسم المتحرك حركة خطية منتظمة.
القانون الثاني لنيوتن من خلال دراسة القانون الأول لنيوتن نرى أنه في حالة عدم وجود قوة مؤثرة في جسم ما، أو وجود مجموعة من القوى المتزنة المؤثرة فيه فإن هذا الجسم سيكون في حالة سكون أو حركة منتظمة في خط مستقيم. ونستمر الآن في دراسة حركة الأجسام عندما تؤثر فيها قوة ما، أو بتعبير آخر عندما تكون تحت تأثير مجموعة من القوى غير المتزنة، وهذه القوى بالطبع يكون لها محصلة فيبدو الجسم كما لو كان واقعاً تحت تأثير قوة واحدة فقط - هي المحصلة.
لا شك أن القانون الأول يدل ضمنياً على ما سيحدث للجسم عندما تؤثر فيه قوة أو قوى غير متزنة. إن هذا الجسم لن يتحرك بسرعة منتظمة في خط مستقيم وهو أمر يمكننا التوصل إليه بخبراتنا في الحياة. فمثلاً لتحريك جسم ساكن نحتاج لدفعه، ولإيقافه إذا كان متحركاً فإننا نؤثر قيه بقوة في اتجاه معاكس لحركته. كما أننا إذا أردنا أن نحرف جسماً متحركاً من مساره فإننا نؤثر فيه بقوة جانبية. هذه العمليات جميعاً، زيادة السرعة أو تقليل السرعة أو تغيير اتجاهها، تتضمن تعييراً في متجه السرعة، سواء في المقدار أو الاتجاه ولهذا فإن الجسم في هذه الحالات لا يتحرك بسرعة منتظمة بل يتحرك بعجلة وتكون القوة الخارجية هي التي تسببت في إحداث هذه العجلة. هذا يقودنا إلى استنتاج أن هناك علاقة ما بين القوة والعجلة وليس بين القوة والسرعة كما اعتقد أرسطو.
مثال: لنفرض ان لدينا ولدان: احدهما يقف في النقطة A”“ والاخر يقف في النقطة B”“. الولد الذي في النقطة A”“ يركل الكرة بقوة ولكن عندا تصل الكرة عند النقطة “B” فان الولد الاخر يركلها بقوة اكبر. لنرى ما سيحصل اضغط هنا لبدء العرض A B
نص القانون الثاني لنيوتن ”العجلة التي تحدثها قوة ما (قوة محصلة) في جسم تتناسب طرديًا مع مقدار هذه القوة وتكون في اتجاهها، كما تتناسب عكسيًا مع كتلة الجسم القصورية*.“ * القصور الذاتي: ويقصد بها خاصية الجسم التي تحاول مقاومة التغيير في حالة سكونه أو حالة حركته. فالأجسام الساكنة تحاول المحافظة على سكونها، كما أن الأجسام المتحركة تحاول أن تحافظ على سرعتها التي اكتسبتها.
القانون الثالث لنيوتن يعتبر القانون الثالث لنيوتن من أكثر القوانين الفيزيائية شيوعاً بين الناس وغالباً ما يصوغونه في صورة: ”لكل فعل رد فعل”.
ذَكَرْتُ سابقًا ان كل تلامس بين جسمين يؤدي إلى تأثير متبادل بين هذين الجسمين. . . ولكن ماذا عن التأثير عن بعد؟ . . هل بالضرورة ان يحدث التأثير المتبادل فقط عندما يتلامس جسمان؟؟
S S S N N N N S الحالة 1 اضغط هنا لبدء عرض الحالة 1 الحالة 2 اضغط هنا لبدء عرض الحالة 2
S N الحالة 3 قطعة حديدية اضغط هنا لبدء عرض الحالة 3 شحنة ”-“ شحنة ”+“ الحالة 4 اضغط هنا لبدء عرض الحالة 4
شحنة ”+“ شحنة ”+“ الحالة 5 اضغط هنا لبدء عرض الحالة 5 شحنة ”-“ شحنة ”-“ الحالة 6 اضغط هنا لبدء عرض الحالة 6
اضغط هنا لبدء عرض الحالة 7 الحالة 7
في كل الحالات السابقة رأينا ان التأثير نتج بدون تلامس الاجسام عن طريق القوى المغناطيسية، القوى الكهربائية وقوة الجاذبية. لهذا فإننا نستطيع ان نقول بان التأثير المتبادل يحدث في حال تلامس الجسمين او عدم تلامس الجسمين، وهذه الحالة أي عدم تلامس الجسمين تحدث في القوى المغناطيسية، القوى الكهربائية وقوة الجاذبية.
نص القانون الثالث لنيوتن إن العلاقة التي توصلنا إليها في الأمثلة السابقة تنطبق على جميع الحالات التي يحدث فيها تأثير بين جسمين، وتمثل القانون الثالث لنيوتن: ”عندما يؤثر جسمان بعضهما في بعض فإن القوة التي يؤثر بها الجسم الأول في الجسم الثاني والقوة التي يؤثر فيها الجسم الثاني في الجسم الاول تتساوي في المقدار وتضاد في الاتجاه.“
الثقل يؤثر بقوة إلى اسفل القوة التي يؤثر بها الثقل في يد الرجل والقوة التي تؤثر فيها يد الرجل في الثقل تتساوي في المقدار، لكنها تضاد في الاتجاه يد الرجل تؤثر بقوة إلى أعلى
أن القانون الثالث يؤكد حقيقة مهمة تتمتع بها القوى، وهي أنها توجد دائماً في هيئة أزواج، وقوتا كل زوج متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه. هذا يعني أن القوى المنفردة لا وجود لها في الطبيعة، إذ يوجد فعل وتأثير متبادل بين الأجسام. ومتى ما وجدت قوة لا بد من وجود قوة أخرى، فتشكل إحداهما قوة الفعل والأخرى قوة رد الفعل، وإطلاق اسم الفعل أو رد الفعل على أي من القوتين هو أمر اصطلاحي، إذا لا اختلاف بين قوة الفعل وقوة رد الفعل .
