الفيزياء

أنواع القوى المؤثرة في الحركة

2011 مكتبة الفيزياء قوانين الحركة

بيتي بورنيت

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

أنواع القوى المؤثرة في الحركة الفيزياء

لا بدّ من وجود قوة لبدء الحركة أو تسريعها أو إيقافها أو تغيير اتجاهها، لكن لا حاجة إلى القوة للمحافظة على حركة الجسم، إذ إن القصور الذاتي يتولى هذه الوظيفة، أما إذا لم تؤثر أي قوة في الجسم في حالة السكون أو الحركة، فسيحافظ ذلك الجسم على حركته أو سكونه: هذا هو القانون الأول لنيوتن.

وفي حال أثرت القوة في جسم ساكن ولم تتوافر قوة معاكسة ستتسارع حركة هذا الجسم في اتجاه القوة المطبَّقة: ذلك هو القانون الثاني لنيوتن.

وتوجد القوة عندما يكون هناك تفاعل بين جسمين، أي عندما يقوم جسم بدفع أو سحب جسم آخر: إنه القانون الثالث لنيوتن.

 

على سبيل المثال تستخدم عربة القَطْر القوة لجرّ سيارة معطلة، كما تقوم سفينة القّطْر بتطبيق القوة لدفع قارب نحو الشاطئ.

وعندما يتوقف هذا التفاعل تتوقف الأجسام أيضاً عن ممارسة القوة، لكن بعض القوى لا تبدو واضحة تماماً للعيان، مثل المجال المغناطيسي الذي يمكن أن يجذب الأجسام أو يدفعها بصورة ضئيلة، كما تمثل الجاذبية شكلاً آخراً من تلك القوى المؤثرة المعروفة التي نكاد لا ندركها.

وتُقاس القوة بوحدة قياس تسمى "نيوتن". ويمثل النيوتن الواحد كمية القوة التي تؤثر في جسم كتلته (1) كيلوغرام فتكسبه تسارعاً مقداره (1 متر) لكل ثانية تربيع، (1m/s2). نختصر كلمة "نيوتن" عادة بالحرف (N)، فنعبّر مثلاً عن عشر وحدات قوة نيوتن كتابياً بـ(10N).

 

يمكن تقسيم القوى إلى فئتين: قوى تلامس الجسم، وقوى تعمل عن بعد من دون أن تتلامس مع الجسم.

فالجاذبية والكهرومغناطيسية (المغناطيسية الكهربائية) على سبيل المثال تعملان عن بعد، في حين يُعدّ الاحتكاك والتوتر قوتين تعملان من خلال التلامس.

يعتمد قطار الرولركوستر في حركته، مثلاً، على هذين النوعين من أنواع القوة من دون أن يستخدم محركاً لدفع القطار باتجاه الأمام، وتُسحب عربات قطار الرولركوستر عادة بواسطة سلسلة (احتكاك)  إلى قمة المرتفع الأول التي تشكل الجزء الأعلى في سكة القطار

 

وعند تحرير السلسلة ينطلق القطار بسرعة نحو الأسفل بالاعتماد على الطاقة الموجودة في قوة الجاذبية، ما يجعله يتابع الحركة بعد لحظة الانطلاق.

إن كل ارتفاع في السكة يلي الارتفاع الأول يكون أقل انخفاضاً من آخر جزء مرتفع في السكة، ويستمر القطار بالتقدم للأمام من خلال القصور الذاتي، سواءً أكانت السكة مستوية أم صاعدة.

 

– قوة الجاذبية

الجاذبية هي جذب الجسم باتجاه مركز كتلة جسم آخر، ويظن الناس عادة أن الجاذبية على كوكب الأرض تعني قوة الجذب نحو الأسفل.

أما في الفضاء فإن قوة جسم من الأجسام، كالأرض أو القمر أو أي جسم آخر ضخم الحجم، تجذب إليها الأجسام الأخرى

وتتناسب قوة الجذب المبذولة على الجسم مع كتلة هذا الجسم بصورة دقيقة، أي إنه كلما كان الجسم أكبر حجماً (أثقل وأعظم كثافة) زادت قوة شد الجاذبية.

 

يمثل تسارع قوة الجاذبية (g) قياس التسارع الناتج عن الجاذبية، فتأثير الجاذبية الطبيعي (g) على الأرض يساوي (1)، حيث نستطيع الإحساس بمحصلة كل ما هو أقل أو أكثر من هذه القيمة في أجسامنا

وقد قامت وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) بدراسة على مدى سنوات عديدة لبحث تأثيرات انعدام الوزن (حيث تكون الجاذبية مساوية للصفر)

وطورت بعض الطرائق للتقليل من الآثار المؤذية لهذه الحالة، لكن تحت الظروف الطبيعية على الأرض، ليس ثمة حالة تشتمل على انعدام الوزن لفترة طويلة، إذ من المحتمل أن يشعر الإنسان بحالة انعدام الوزن لثانية أو ثانيتين إذا قُذف به في الهواء بواسطة إحدى الوسائل الميكانيكية.

 

ويمكن أن يتحول تسارع قوة الجاذبية المعتدل (أقل من 3) إلى مصدر للإثارة والمتعة، كما يحدث عند ركوب إحدى ألعاب مدن الملاهي، أو عند إقلاع الطائرة.

أما في الحالات التي يتراوح فيها تسارع قوة الجاذبية بين (4 و 6)، يصبح هذا التأثير أقوى من أن يتحمله الشخص العادي؛ لأنه يحول دون جريان الدم في الدماغ.

 

وإذا استمر تسارع  قوة الجاذبية (g) بهذا المستوى لمدة تتجاوز نصف دقيقة يمكن أن يؤدي إلى غياب وعي طيار يقود طائرة مقاتلة؛ لذلك يلجأ الطيارون الذين يُحلّقون على ارتفاعات عالية إلى ارتداء بدلات ضغط خاصة تقوم بالضغط على الجذع العلوي للطيار، ما يؤدي إلى حمل الدم على البقاء في الرأس.

وبالتالي تجنب تعرضه لحالات فقدان الوعي، وإذا تجاوز تعرض أي شخص لتسارع قوة جاذبية يفوق (8) لمدة تزيد على ثوانٍ قليلة، تصبح فرص نجاته ضعيفة جداً.

 

قوة الاحتكاك

يمثل الاحتكاك أكثر القوى شيوعاً التي تقوم بإبطاء حركة الأجسام، ويمكن وصف الاحتكاك بأنه تسارع في الاتجاه المعاكس، حيث يعامل كعائق في وجه سرعة جسم من الأجسام.

والاحتكاك هو القوة التي يبذلها السطح عندما يمر عليه جسم ما، أو ما يبذله هذا الجسم من جهد لعبور السطح، وبالتالي يشكل الاحتكاك قوة مطبقة في الاتجاه المعاكس لسرعة الجسم المتجهة.

ويُشكل الاحتكاك صفة مشتركة موجودة في جميع الأجسام، مثل السوائل والأجسام الصلبة والغازات، فاحتكاك ورق الصقل (ورق الزجاج) أو مبرد الأظافر بأحد السطوح يؤدي إلى كشط طبقته السطحية بسرعة.

 

كما يُراعى في بناء الطرق العامة توفير المقدار الصحيح والمناسب من الاحتكاك مع إطارات السيارات؛ لأن الاحتكاك البسيط مع الطريق (بسبب الإطارات الممسوحة نتيجة البلى بالاستعمال، أو بسبب تراكم الثلوج) يمكن أن يؤدي إلى حوادث خطيرة تنزلق خلالها السيارة خارج الطريق. إن الاحتكاك ضروري لإبطاء حركة السيارة أو إيقافها.

وتمثل مقاومة الهواء أيضاً عاملاً آخر من عوامل الاحتكاك، وذلك من خلال التأثير على الأجسام لدى انتقالها عبر الهواء الذي يعيق حركة الأجسام، كما يحدث خلال استعراضات القفز البهلواني بالمظلات والتزلج على المنحدرات الجبلية، لذا تُصمم سيارات السباق بطريقة تحدّ من مقاومة الهواء قدر الإمكان.

 

وتواجه الأجسام التي تنتقل عبر الماء مقاومة مماثلة أيضاً، فقد تُفسِد مقاومة الهواء محاولة سفينة شراعية للوصول إلى الممر المائي في إحدى البحيرات، ما يفرض على السفينة أيضاً مواجهة مقاومة الماء، ويضطر طاقمها إلى استخدام كل مهاراتهم في مجال الإبحار للتصدي لهذه القوى المؤثرة.

ويمكن في العديد من الحالات التغلب على الاحتكاك عن طريق استخدام زيوت التزليق، أو تنعيم السطوح وصقلها، ومن الأمثلة على ذلك، مادة "التيفلون"، وهي عبارة عن مادة تزليق صلبة تُستخدم للتقليل من الاحتكاك.

اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
Loading cart ⌛️ ...
إغلاق
إغلاق