براكسيلابس المدونة العربية لمعامل العلوم الإفتراضية براكسيلابس
قوانين نيوتن للحركة هي ثلاثة قوانين فيزيائية تُأسس علم حركة الأجسام ، وتربط هذه القوانين القوى المؤثرة على الجسم بحركته. تعتبر هذه القوانيين هامة للغاية لأنها أساس الميكانيكا الكلاسيكية، أحد الفروع الرئيسية للفيزياء. إسحاق نيوتن هو من وضع هذه القوانين، وقد استخدم هذه القوانين في تفسير العديد من الأنظمة والظواهر الفيزيائية. أي يمكننا القول أن قوانين نيوتن لها دور كبير في تفسير معظم الظواهر والأشياء التي نراها في حياتنا اليومية.
استعمل نيوتن هذه القوانين ليُفسر ويتحرى كثير من الظواهر الفيزيائية، أظهر نيوتن أن هذه القوانين بالإضافة لقانون الجذب العام قادرة على تفسير قوانين كيبلر لحركة الكواكب و لازالت هذه القوانين من أهم القوانين الفيزيائية حتى الآن.
في هذه المقالة سنناقش كل ما يتعلق بقانون نيوتن الثاني للحركة في 7 نقاط، من حيث شرح القانون وتفسيره والتعبير الرياضي له وكذلك أهم أمثلته وتطبيقاته المختلفة في حياتنا اليومية.
يدرس قانون نيوتن الثاني حركة الجسم عندما تؤثر عليه قوى خارجية. عندما تؤثر قوة ثابتة على جسم ضخم ، فإنها تتسبب في تسارعه ، أي تغيير سرعته بمعدل ثابت.
قانون نيوتن الثاني هو وصف كمي للتغييرات التي يمكن أن تنتجها القوة على حركة الجسم. تنص على أن المعدل الزمني لتغير زخم الجسم يساوي من حيث الحجم والاتجاه القوة المفروضة عليه.
ابدا تجربتك الان فى معامل براكسيلابس ثلاثيه الابعاد!1.ما هو قانون نيوتن الثاني للحركة
ينص قانون نيوتن الثانى على أن:
“إذا أثرت قوة على جسم ما فإنها تكسبه تسارعاً ، يتناسب طردياً مع قوته وعكسياً مع كتلته”
يدرس قانون نيوتن الثاني حركة الجسم عند تأثير قوى خارجية عليه، فعندما تؤثر قوة ثابتة على جسم ضخم، فإنها تتسبب في تسارعه، أي تغيير سرعته، بمعدل ثابت.
في أبسط الحالات، تؤدي القوة المؤثرة على جسم في حالة السكون إلى تسارعه في اتجاه القوة ومع ذلك، إذا كان الكائن متحركًا بالفعل فقد يبدو أن هذا الجسم يسرع أو يبطئ أو يغير اتجاهه اعتمادًا على اتجاه القوة والاتجاهات التي يتخذها الكائن والإطار المرجعي الذي يتحرك فيه بالنسبة لبعضهما البعض.
2.معادلة قانون نيوتن الثاني
يمكن التعبير عن قانون نيوتن الثاني رياضيًا من خلال المعادلة التالية :
حيث F هي القوة المحصلة، m هي كتلة الجسم و a هي تسارع الجسم.
تطبق هذه العلاقة مبدأ الحفاظ على كمية التحرك وهو أنه عندما تكون مجموع القوى المحصلة المؤثرة على الجسم تساوي صفر فإن كمية الحركة للجسم تظل ثابتة. وتساوي القوة المحصلة معدل التغير في كمية التحرك.
أي يمكننا القول بناءاً على قانون نيوتن الثاني كلما زادت القوة المؤثرة على جسم فإن مقدار تسارع الجسم يزداد، أي أن العلاقة بين قوة الجسم والتسارع هي عبارة عن علاقة طردية، لكن يقل التسارع الناتج عن القوة المؤثرة، كلما ازدادت كتلة الجسم، حيث تنتج قوة احتكاك تعيق حركة الجسم، وبهذا فإن العلاقة عكسية بين كتلة الجسم والتسارع، وبهذا نستطيع استنتاج إجابة السؤال السابق.
3.شرح قانون نيوتن الثاني
قانون نيوتن الثاني هو وصف كمي للتغييرات التي يمكن أن تنتجها القوة على حركة الجسم. والذي ينص على أن المعدل الزمني لتغير زخم الجسم يساوي من حيث الحجم والاتجاه القوة المفروضة عليه.
قانون نيوتن الثاني يعني أيضًا أنه عندما تؤثر قوتين متساويتين على جسمين مختلفين فإن الجسم الذي كتلته أكبر سيكون تسارعه أقل وحركته أبطأ والجسم ذو الكتلة الأقل تسارعه أكبر، فعلى سبيل المثال للتوضيح، اذا كان لدينا محركين متشابهين احداهما لسيارة كبيرة والاخر لسيارة صغيرة فالصغيرة ستملك تسارعاً أكبر؛ لأن كتلتها أقل والكبيرة ستملك تسارعاً أقل لأن كتلتها أكبر.
ملحوظة: يمكن أن يؤدي قانون نيوتن الثاني للحركة إلى قانون نيوتن الأول.
انضم الى معامل براكسيلابس 3D الان!
مثال على قانون نيوتن الثاني للحركة
دفع سيارة وشاحنة
يمكن ملاحظة قانون نيوتن الثاني للحركة من خلال مقارنة التسارع الناتج في السيارة والشاحنة بعد تطبيق نفس القدر من القوة على كليهما. من السهل ملاحظة أنه بعد دفع السيارة والشاحنة بنفس القوة ، تتسارع السيارة أكثر من الشاحنة. هذا لأن كتلة السيارة أقل من كتلة الشاحنة.
فيديو توضيحي لقانون نيوتن الثاني
4.أمثلة على قانون نيوتن الثاني للحركة
-
دفع عربة
من الأسهل دفع عربة فارغة في سوبر ماركت بدلاً من دفع عربة محملة. المزيد من الكتلة يتطلب المزيد من القوة للتسريع.
-
رمي جسم من ارتفاع
عندما يتم رمي جسم من ارتفاع معين، فإن جاذبية الأرض تساعده على تطوير التسارع. يزداد التسارع كلما تقدم الجسم نحو الأرض. وفقًا لقانون نيوتن الثاني للحركة ، فإن التسارع الذي يطوره الجسم يتناسب طرديًا مع القوة. عندما يصطدم الجسم بالأرض ، تدخل قوة التأثير حيز التنفيذ. هذا هو السبب في أن الجسم الهش الذي يتم إلقاؤه من مبنى مرتفع يعاني من تشوه أكثر من الموقف الذي يتم فيه إلقاء نفس الشيء من مبنى أقصر نسبيًا.
-
ركل الكرة
عندما نركل الكرة فإننا نبذل القوة في اتجاه معين، وهو الاتجاه الذي ستسير فيه الكرة. بالإضافة إلى ذلك، كلما تم ركل الكرة بقوة زادت القوة التي نضعها عليها وكلما ابتعدت الكرة.
-
حادث سيارة
أثناء وقوع حادث سيارة ، توجد قوة بين العائق والسيارة ، تُعرف باسم قوة التأثير. يعتمد حجم قوة التأثير على كتلة الأجسام المتورطة في الاصطدام والسرعة التي تتحرك بها الكائنات. هذا يعني أنه كلما زادت كتلة الأجسام المتورطة في الاصطدام ، زادت شدة قوة التأثير. وبالمثل ، كلما زادت السرعة التي تتحرك بها السيارة ، زادت قوة التأثير.
-
شخصان يمشيان
من بين الشخصين السائرين ، إذا كان أحدهما أثقل من الآخر ، فإن الشخص الذي يزن أثقل يمشي أبطأ لأن تسارع (عجلة) الشخص الذي يزن أخف وزناً أكبر.
-
لاعب كاراتيه يكسر لوح من الطوب
يستخدم لاعب الكاراتيه قانون الحركة الثاني لأداء مهمة كسر لوح من الطوب. نظرًا لأن القوة ، وفقًا للقانون ، تتناسب مع التسارع ، يميل اللاعب إلى تحريك يديه على لوح الطوب بسرعة. هذا يساعده على اكتساب التسارع وإنتاج قدر متناسب من القوة. القوة كافية لكسر الطوب.
-
قيادة سيارة
بعبارات بسيطة ، ينص قانون نيوتن الثاني للحركة على أنه إذا تم تطبيق القوة على أي جسم له كتلة ، فسيؤدي ذلك إلى إنتاج مقدار معادل من التسارع في الجسم. على سبيل المثال ، عندما نقوم بتشغيل نظام الإشعال في السيارة ، ينتج محرك السيارة قوة كافية تمكن السيارة من التحرك بتسارع متناسب.
ابدا تجاربك مع براكسيلابس الان مجانا!!
5.تطبيقات على قانون نيوتن الثاني
- تقليل وزن السيارات المخصصة للسباق لزيادة سرعتها
فمثلًا في سباقات السيارات، يحاول المهندسون إبقاء كتلة السيارات عند أدنى مستوى ممكن، إذ إنّ الكتلة المنخفضة تعني المزيد من التسارع، وكلما زاد التسارع زادت فرص الفوز بالسباق.
- ركوب الدراجة
ركوب دراجتك هو مثال جيد لقانون نيوتن الثاني للحركة. دراجتك هي الكتلة. ضغط عضلات ساقيك على دواسات دراجتك هو القوة. عندما تضغط على الدواسات ، تتسارع دراجتك. أنت تزيد من سرعة الدراجة من خلال الضغط على الدواسات.
- إطلاق الصاروخ
لكي يخرج صاروخ من مدار الأرض ويدخل الفضاء الخارجي ، يلزم وجود قوة تسمى الدفع. وفقًا لقانون الحركة الثاني ، فإن القوة تتناسب مع التسارع ؛ لذلك ، لإطلاق صاروخ ، يزداد حجم الدفع ، مما يؤدي بدوره إلى زيادة التسارع. تساعد السرعة التي حققها الصاروخ أخيرًا في الهروب من مجال الجاذبية الأرضية ودخول الفضاء.
6.استخدامات قانون نيوتن الثاني
هناك الكثير من التقنيات التي تعتمد على قوانين نيوتن للحركة، على سبيل المثال يوفر قانون نيوتن الثاني للحركة الأساس لكثير من الرياضيات في ميكانيكا الهندسة.
- في دراسة الديناميكيات، طبق المهندسون قانون نيوتن الثاني للتنبؤ بحركة جسم يتعرض لقوة صافية. باستخدام المعادلة F = ma ، يمكن للمهندسين نمذجة موضع الجسم وسرعته وتسارعه، أو يمكنهم قياس هذه القيم للتعرف على القوى المؤثرة على الجسم.
- في مجال الإحصائيات، يستخدم المهندسون قانون نيوتن الثاني لحساب القوى المؤثرة على الأجسام الثابتة. نظرًا لأن تسارع الجسم غير المتحرك يساوي صفرًا ، يجب أن يكون مجموع القوى المؤثرة على الجسم صفرًا.
- في تصميم الهياكل ، يطبق المهندسون قانون نيوتن الثاني في حساب القوى المؤثرة على المفاصل في إطار المباني والجسور
7.تجربة قانون نيوتن الثاني
الفيديو التالي يوضح تجربة عملية لتطبيق قانون نيوتن الثاني للحركة
معامل براكسيلابس الافتراضية في الفيزياء الميكانيكية
تقدم براكسيلابس معامل العلوم الافتراضية التي تمكنك من إجراء العديد من التجارب المعملية في الفيزياء والكيمياء والأحياء عبر الانترنت في أي وقت ومكان.
أنشئ حسابك المجاني الآن وجرب المعامل الافتراضية الخاصة بالفيزياء الميكانيكية التي توضح قوانين نيوتن وتطبيقاتها المختلفة في حياتنا.
ابدا تجربتك المعمليه عبر الانترنت الان!
