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.

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪من خارج هذا العالم
وب بانينو Rob Banino @robertbanino صحفي مستقل يعمل في بريستول
الحياة على المريخ أعالي البحار، الجزيرة الكبيرة، هاواي، الولايات المتحدة الأمريكية
بذلة الفضاء ليست أول ما يخطر في ذهن أي شخص يزور هاواي. هذا إلا إذا كان سيقضي ثمانية أشهر في موئل هاواي لاستكشاف الفضاء بالتناظر والمحاكاة Hawaii Space Exploration Analog and Simulation اختصاراً: الموئل HI-SEAS على بركان ماونا لوا. ويتيح الموئل HI-SEAS للباحثين دراسة كيفية تعامل الناس مع ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المكملات الغذائية... ضرورة صحية أم ترف عصري
. أمجد قاسم
يحرص كثير من الناس على تناول مجموعة من المكملات الغذائية التي تعرف باسم المضافات التغذوية Nutritive Additives مع وجباتهم الغذائية، من أجل التمتع بصحة جيدة والعيش طويلاً، وتحصين أجسادهم قبل مواجهة الأمراض المختلفة. وتسوق كثير من الشركات العالمية لفوائد هذه المكملات في حملات دعائية، فتحيطها بهالة سحرية وتكسبها بعض الصفات المبالغ فيها في كثير من الأحيان. فأين تكمن الحقيقة؟ وهل تناول المكملات الغذائية على اختلاف أنواعها أمر صحي ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪كيف تعمل التكنولوجيا
المؤلف: DK ■ الناشر: DK ■ السعر: 16.99 جنيه إسترليني نحو 22 دولاراً ■ تاريخ الإصدار: صدر فعليّاً
لأنه موضوع قريبٌ جداً من قلوبنا هنا في مجلة كيف تعمل الأشياء، يأخذنا كتاب «كيف تعمل التكنولوجيا» في جولة عبر طرق العمل الداخلية لجميع أنواع آلات الحياة العصرية، من أمور مثل مصافي النفط وخطوط الطاقة، إلى مركبات مثل الدراجات والسيارات، إلى الآلات الأحدث مثل الدرونات ومسابير الفضاء، وكذلك التقنيات التي قد تضمن بقاءنا في المستقبل. برع الناشر ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪النظائر المشعة وفوائدها الطبية
لمهندس أمجد قاسم
ترتبط كلمة الإشعاعات لدى كثير من الناس بالأخطار والكوارث النووية، إلا أن الحقيقة تدحض بعض تلك المزاعم، فعلى الرغم من أخطار بعضها، فإن لكثير من تلك الإشعاعات دوراً مفيداً للإنسان، وقدمت خدمات جليلة على امتداد نحو قرن من الزمن. علماً أنه في كل لحظة تخترق أجسامنا آلاف الأنواع من الأشعة، ولم يعرف الإنسان ماهيتها حتى وقت قريب نسبياً، بعد أن تنبه عدد من الباحثين لها، وجرى الكشف عن أنواعها وهويتها وفوائدها وأضرارها.
الإشعاع ... (قراءة المقال)