ما الذي يمكن أن يسبب تغييرًا في السرعة؟

تنص أول قوانين الحركة الثلاثة للسير إسحاق نيوتن ، والتي تشكل أساس الميكانيكا الكلاسيكية ، على أن سيبقى الكائن في حالة راحة أو في حالة حركة موحدة على هذا النحو إلى أجل غير مسمى في حالة عدم وجود خارجي فرض. بمعنى آخر ، القوة هي التي تسبب تغيرًا في السرعة أو التسارع. يتم تحديد مقدار التسارع الناتج على جسم بواسطة قوة معينة بواسطة كتلة الجسم.

عندما يتحدث الفيزيائيون عن سرعة جسم ما ، فإنهم لا يتحدثون فقط عن سرعة الجسم ولكن أيضًا عن الاتجاه الذي يتحرك فيه. وبالمثل ، فإن القوة لها عنصر اتجاهي بالإضافة إلى عنصر كمي - قوة معارضة مباشرة تؤثر سرعة الجسم على الجسم تأثيرًا مختلفًا عن تأثير القوة التي تعمل بزوايا قائمة بالنسبة له اقتراح. من الناحية الرياضية ، القوة والسرعة والتسارع - وهي معدل تغير السرعة تنتجها القوة - هي كميات "متجهة" ، وهو مصطلح يشير إلى اتجاهها مكون.

أسهل طريقة لفهم كيفية تغيير القوة لسرعة جسم ما هي تخيل أن هذه القوة تعمل في نفس اتجاه السرعة. على سبيل المثال ، توفر المحركات النفاثة على متن الطائرة قوة تعمل في اتجاه حركة الطائرة ، مما يعطيها تسارعًا موجبًا وتجعلها تتحرك بشكل أسرع. من ناحية أخرى ، يتعارض احتكاك الهواء بشكل مباشر مع حركة الطائرة ويبطئها ؛ إذا توقفت المحركات عن العمل ، ستسقط الطائرة من السماء. ولكن عندما تقوم قوة المحرك والضغط التصاعدي لضغط الهواء على الأجنحة المصممة ديناميكيًا بموازنة القوة من الاحتكاك وقوى التباطؤ الأخرى ، بما في ذلك الجاذبية ، تطير الطائرة بسرعة ثابتة باتجاه وجهتها.

إن التجاذب الثقالي الذي تمارسه الشمس على الأرض هو مثال على قوة ذات مكون اتجاهي مهم. نظرًا لأن قوة الجاذبية تعمل بزوايا قائمة على حركة الأرض ، فإنها لا تغير السرعة التي ينتقل بها الكوكب ، ولكنها تغير الاتجاه باستمرار. نتيجة لذلك ، تتحرك الأرض في مدار دائري تقريبًا. قد تكون سرعة الأرض ثابتة نسبيًا ، لكن سرعتها تتغير دائمًا نتيجة لقوة الجاذبية التي تسحبها دائمًا نحو الشمس. نفس قوة الجاذبية تبقي الأقمار الصناعية في مدار حول الأرض.

العلاقة الرياضية بين القوة (F) التي تمارس على جسم ما وتسارعه (أ) هو F = m • a ، حيث "m" هي كتلة الجسم. وحدة القوة في النظام المتري هي النيوتن ، والتي سميت على اسم إسحاق نيوتن ، الفيزيائي الإنجليزي الذي صاغ العلاقة. في العالم الحقيقي ، عادة ما توجد عدة قوى تعمل على الجسم ، لكل منها مكون اتجاهي. قد تكون هذه القوى ميكانيكية أو ثقالية أو كهربائية أو مغناطيسية بطبيعتها. للتنبؤ بحركة الجسم ، غالبًا ما يكون من المفيد رسم مخطط الجسم الحر ، وهو تمثيل رسومي لهذه القوى يوضح حجم واتجاه كل منها.