قدم إسحاق نيوتن أفضل وصف للروابط بين القوة والحركة في قوانينه الثلاثة الشهيرة ، والتعلم عنها جزء مهم من تعلم الفيزياء. يخبرونك بما يحدث عندما يتم تطبيق قوة على كتلة ، وكذلك يحددون المفهوم الأساسي للقوة. إذا كنت تريد فهم العلاقة بين القوة والحركة ، فإن أول قانونين من قوانين نيوتن هما أهم القوانين التي يجب مراعاتها ، ومن السهل التعامل معها. يوضحون أن أي تغيير من الانتقال إلى عدم التحرك أو العكس يتطلب قوة غير متوازنة وأن يتناسب مقدار الحركة مع حجم القوة ويتناسب عكسًا مع كتلة الجسم.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
إذا لم تكن هناك قوة ، أو إذا كانت القوى الوحيدة متوازنة تمامًا ، فسيظل الجسم ثابتًا أو يستمر في الحركة بنفس السرعة تمامًا. فقط القوى غير المتوازنة هي التي تسبب تغيرات في سرعة الجسم ، بما في ذلك تغيير سرعته من صفر (أي ثابت) إلى أكثر من صفر (متحرك).
قانون نيوتن الأول: القوى والحركة غير المتوازنة
ينص قانون نيوتن الأول على أن الجسم إما يظل في حالة سكون (وليس متحركًا) أو متحركًا عند بنفس السرعة تمامًا وفي نفس الاتجاه تمامًا ما لم يتم التعامل معها من خلال "غير متوازن" فرض. بعبارات أبسط ، تقول أن شيئًا ما يتحرك فقط إذا دفعه شيء آخر ، وأن الأشياء تتوقف فقط أو تغير اتجاهها أو تبدأ في التحرك بشكل أسرع إذا دفعها شيء ما.
إن فهم معنى "القوة غير المتوازنة" يوضح هذا القانون. إذا تحركت قوتان على جسم ما ، تدفعه إحداهما إلى اليسار والأخرى تدفعه إلى اليمين ، فلن تتحرك إلا إذا كانت إحدى القوتين أكبر من الأخرى. إذا كان لديهم نفس القوة بالضبط ، فسيظل الكائن في مكانه.
طريقة واحدة لتخيل هذا هو التفكير في مجموعة من المقاييس ، مع وجود أوزان على جانبيها. يتم سحب الأوزان لأسفل بواسطة الجاذبية ، والشيء الوحيد الذي يؤثر على مقدار الجاذبية التي تسحبها هو مقدار الكتلة الموجودة. إذا كان لديك نفس القدر من الكتلة على كلا الجانبين ، فسيظل المقياس ثابتًا. لا يتحرك المقياس إلا إذا جعلته حرفياً غير متوازن من حيث الكتلة. يعني الاختلاف في الكتل أن القوى المؤثرة على جانبي المقياس غير متوازنة ، وبالتالي يتحرك المقياس.
إن تخيل الحركة المستمرة بنفس السرعة هو أمر أصعب لأنك لا تواجه هذا في الحياة اليومية. فكر فيما سيحدث إذا كانت لديك سيارة لعبة جالسة على سطح أملس تمامًا (عديم الاحتكاك) ولم يكن هناك هواء في الغرفة. ستبقى السيارة ثابتة ما لم يتم دفعها ، كما هو موضح أعلاه. لكن ماذا يحدث بعد الدفع؟ لا يوجد احتكاك مع السطح لإبطائه ولا هواء لإبطائه. يوازن السطح قوة الجاذبية (بواسطة ما يسمى "رد الفعل الطبيعي" المرتبط بقانون نيوتن الثالث) ، ولا توجد قوى مؤثرة عليها من اليسار أو اليمين. في هذه الحالة ، ستستمر السيارة في السير بنفس السرعة على طول السطح. إذا كان السطح طويلاً بشكل غير محدود ، ستستمر السيارة في التحرك بهذه السرعة إلى الأبد.
قانون نيوتن الثاني: ما هي القوة؟
يحدد قانون نيوتن الثاني مفهوم القوة. تنص على أن القوة المطبقة على جسم ما تساوي كتلته مضروبة في التسارع الذي تسببه القوة. في الرموز ، هذا هو:
F = أماه
وحدة القوة هي نيوتن - للتعرف على الشخص الذي حددها - وهي طريقة مختصرة لقول كيلوغرام متر في الثانية تربيع (كجم م / ث2). إذا كانت لديك كتلة 1 كجم وتريد تسريعها بمقدار 1 م / ث كل ثانية ، فأنت بحاجة إلى تطبيق قوة مقدارها 1 نيوتن.
تساعد كتابة قانون نيوتن بالطريقة التالية في توضيح الصلة بين القوة والحركة:
يخبرنا التسارع ، على اليسار ، عن مقدار تحرك شيء ما. يوضح الجانب الأيمن أن القوة الأكبر تؤدي إلى مزيد من الحركة إذا كانت كتلة الجسم متساوية. إذا تم تطبيق قوة معينة ، فإن هذه المعادلة توضح أيضًا أن مقدار التسارع يعتمد على الكتلة التي تحاول تحريكها. يتحرك جسم أكبر وأثقل حجمًا أقل من جسم أصغر وأخف وزنًا يخضع للدفع من نفس الحجم. إذا ركلت كرة قدم ، فستتحرك أكثر بكثير مما لو ركلت كرة بولينج بنفس القوة.