قوانين نيوتن الثلاث للحركة : ثورة في قوانين الفيزياء

سيرة إسحاق نيوتن الذاتية :

ماهي قوانين نيوتن الثلاث للحركة وما هو الدور الذي لعبته في فهمنا لحركة ودوران الأجسام ؟

ولد إسحاق نيوتن (1642-1727) في لينكولنشاير بإنجلترا. كان نجلا لفلاحين بيوريتانيين، كانت ولادته مؤلمة وقد جاء إلى العالم نحيفًا ونحيفًا لدرجة أنهم افترضوا أنه لن يعيش طويلاً.

ومع ذلك فقد نشأ ليكون طفلًا غريب الأطوار، وكانت لديه مواهب مبكرة في الرياضيات والفلسفة الطبيعية. في سن الثامنة عشرة التحق بجامعة كامبريدج لمواصلة دراسته. يقال إنه نادرا ما دخل الفصل الدراسي قليلاً جدًا حيث كان اهتمامه الرئيسي بالمكتبة والتدريب الذاتي.

هذا لم يعيق تطوره الأكاديمي حيث أصبح عالمًا فيزيائيًا وعالمًا لاهوتيًا وفيلسوفًا وعالم رياضيات مهمًا، معترفًا به من قبل الجمعية الملكية. يرجع الفضل إليه في اختراع الحساب الرياضي، بالإضافة إلى دراسات مختلفة حول البصريات والضوء.

بالإضافة إلى ذلك، ساهم بشكل كبير في تطوير الرياضيات والفيزياء : اكتشف الطيف اللوني للضوء، وصاغ قانونًا للتوصيل الحراري، وآخر حول أصل النجوم، وسرعة الصوت في الهواء وميكانيكا السوائل لكن يبقى أبرز مساهماته هي ما هي قوانين نيوتن الثلاث للحركة.

توفي نيوتن عام 1727، بعد أن كان عالماً محترماً ومشرفاً، وحصل على تعيين لورد (“سيدي”) من الملكة آن ملكة إنجلترا. لقد عانى من مغص كلوي وأمراض أخرى في الكلى، والتي ، بعد عدة ساعات من الهذيان قادته أخيرًا إلى قبره في 31 مارس.

إقرأ أيضا : قانون الجذب المثير للجدل: كيف تطبقه للنجاح في حياتك

ملخص قوانين نيوتن :

قوانين نيوتن أو قوانين نيوتن الثلاث للحركة هي المبادئ الأساسية الثلاثة التي تقوم عليها الميكانيكا الكلاسيكية، أحد فروع الفيزياء. وقد افترضها السير إسحاق نيوتن في عمله Philosohiae naturalis Principia mathematica (“المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية”) لعام 1687.

أحدثت هذه المجموعة من القوانين الفيزيائية ثورة في المفاهيم الأساسية المتعلقة بحركة الأجسام التي كانت لدى البشرية. إلى جانب مساهمات جاليليو جاليلي، فإنها تشكل أساس الديناميكيات. عندما يقترن بقانون الجاذبية الكونية لألبرت أينشتاين، فإنه يسمح لنا باستنتاج وشرح قوانين كبلر لحركة الكواكب.

ومع ذلك، فإن قوانين نيوتن صالحة فقط ضمن الأطر المرجعية بالقصور الذاتي، أي تلك التي لم يتم تسريعها والتي تتدخل فيها قوى حقيقية فقط. علاوة على ذلك، فإن هذه القوانين صالحة للأجسام التي تتحرك بسرعة أبطأ بكثير من سرعة الضوء (300000 كم / ثانية).

تبدأ قوانين نيوتن الثلاث للحركة من اعتبار الحركة على أنها إزاحة كائن من مكان إلى آخر، مع الأخذ في الاعتبار المكان الذي تحدث فيه، والذي يمكن أيضًا أن يتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة إلى مكان آخر.

قانون نيوتن الأول : قانون القصور الذاتي

يتناقض قانون نيوتن الأول أو قانون القصور الذاتي مع مبدأ صاغه في العصور القديمة الحكيم اليوناني أرسطو، والذي يقول أنه لا يمكن للجسد أن يحتفظ بحركته إلا إذا تم تطبيق قوة مستدامة عليه. يقول نيوتن بدلاً من ذلك :

“كل جسد يثابر في حالة الراحة أو الحركة المستقيمة المنتظمة ما لم يُجبر على تغيير حالته من خلال القوى المؤثرة عليه”.

لذلك، لا يمكن أن يغير الجسم المتحرك أو الساكن تلك الحالة، ما لم يتم تطبيق نوع من القوة عليه.

وفقًا لهذا المبدأ، تشتمل الحركة على مقادير متجهة (تتمتع بالاتجاه والإحساس). يمكن حساب التسارع من السرعة الأولية والنهائية. بالإضافة إلى ذلك، يقترح أن الأجسام المتحركة تميل دائمًا إلى الإزاحة في مسار مستقيم وموحد.

خير مثال على قانون القصور الذاتي هو قاذف الأثقال في الألعاب الأولمبية. يكتسب الرياضي زخمًا يتحرك في دوائر ويدور الوزن المربوط بحبل على محوره (حركة دائرية)، حتى يصل إلى التسارع اللازم لتحريره ورؤيته يطير في خط مستقيم (حركة منتظمة مستقيمة).

تستمر هذه الحركة المستقيمة حتى تنحني الجاذبية في مسارها. في نفس الوقت، يتباطأ احتكاك الجسم بالهواء (تسارع سلبي) حتى يسقط.

إقرأ أيضا : الذاكرة الفوتوغرافية حقيقة علمية أم مجرد سراب

قانون نيوتن الثاني : القانون الأساسي للديناميات

في هذا القانون، يحدد نيوتن مفهوم القوة (ممثلة بـ F)، موضحًا أن :

“تغيير الحركة يتناسب طرديًا مع القوة المطبقة عليها ويحدث وفقًا للخط المستقيم الذي تُطبع عليه تلك القوة”.

هذا يعني أن تسارع الجسم المتحرك يستجيب دائمًا لمقدار القوة المطبقة عليه في لحظة معينة، لتعديل مساره أو سرعته.

من هذه الاعتبارات تنشأ المعادلة الأساسية لديناميات الأجسام ذات الكتلة الثابتة :

القوة الناتجة (Fresultant) = الكتلة (m) × التسارع (a)

تؤثر القوة الكلية على جسم ذي كتلة ثابتة وتعطيه تسارعًا معينًا. في الحالات التي لا تكون فيها الكتلة ثابتة، ستركز الصيغة بشكل أكبر على مقدار الحركة (p)، وفقًا للصيغة التالية :

مقدار الحركة (P) = الكتلة (m) × السرعة (v). ومن ثم : Fneta = d (m.v) / dt.

وبالتالي، يمكن أن ترتبط القوة بالتسارع والكتلة، بغض النظر عما إذا كانت الأخيرة متغيرة أم لا.

لتوضيح هذا القانون الثاني، تعتبر حالة السقوط الحر مثالية : إذا أسقطنا كرة تنس من مبنى، فإن التسارع الذي تتعرض له سيزداد بمرور الوقت، لأن قوة الجاذبية ستؤثر عليه. وبالتالي، فإن سرعته الابتدائية ستكون صفراً، لكن ستطبق عليه قوة ثابتة في خط مستقيم لأسفل.

إقرأ أيضا : قوانين مورفي لسوء الحظ : حقيقة مثبتة أم مجرد خرافة

قانون نيوتن الثالث : مبدأ الفعل ورد الفعل

وفقًا لقانون نيوتن الثالث :

“كل فعل يتوافق مع رد فعل متساو ولكن في الاتجاه المعاكس : مما يعني أن الأفعال المتبادلة لجسدين متساوية دائمًا وموجهة في الاتجاه المعاكس.”

بهذه الطريقة، كلما تم ممارسة قوة على جسم ما، فإنها تمارس قوة مماثلة في الاتجاه المعاكس وبكثافة متساوية، لذلك إذا تفاعل جسمان (1 و 2)، فإن القوة التي يمارسها أحدهما على الآخر ستكون متساوية في إلى المقدار الذي يمارسه الآخر على العلامة الأولى، ولكن من الناحية المعاكسة.

هذا هو : F1-2 = F2-1. ستعرف القوة الأولى باسم “الفعل” والقوة الثانية باسم “رد الفعل”.

لإثبات هذا القانون الثالث، يكفي أن نلاحظ ما يحدث عندما يركض شخصان لهما نفس الوزن في اتجاهين متعاكسين ويصطدمان : كلاهما سيستقبل قوة الآخر وسيلقي في الاتجاه المعاكس. يحدث الشيء نفسه عندما ترتد كرة عن الحائط وتُلقى في الاتجاه المعاكس بقوة مماثلة لما نسقطه عندما نرميها.

إقرأ أيضا : تقنية قصر الذاكرة : إبنِ قصرا في ذاكرتك لتتذكر كل شيء