القوى والحركة — العلوم الفيزيائية للسنة الرابعة متوسط

الكفاءة المستهدفة

التعرف على مفهوم القوة وتمثيلها، وربط تأثير القوى بالحركة وفق قوانين نيوتن.

مفهوم القوة

القوة هي مؤثر خارجي يغير من حالة الجسم الساكن فيحركه، أو يغير من حالة الجسم المتحرك (تغيير السرعة أو الاتجاه). القوة كمية متجهة، أي لها شدة (مقدار) واتجاه وحامل تأثير ونقطة تطبيق.

تمثيل القوة

تمثل القوة بسهم (شعاع) يتّصف بـ: نقطة التأثير (نقطة تطبيق القوة)، حامل التأثير (الخط الذي تسلكه القوة)، الاتجاه (الجهة التي تؤثر فيها القوة)، الشدة (طول السهم يتناسب مع مقدار القوة). وحدة قياس القوة في النظام الدولي هي النيوتن (N).

علاقة القوة بالحركة

قوانين نيوتن للحركة:

• القانون الأول (قانون العطالة): الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً بسرعة ثابتة في خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته.
• القانون الثاني: إذا أثرت قوة على جسم فإنها تكسبه تسارعاً يتناسب طرداً مع شدة القوة وعكساً مع كتلة الجسم: F = m × a
• القانون الثالث (الفعل ورد الفعل): لكل فعل رد فعل مساوٍ له في الشدة ومعاكس له في الاتجاه.

أنواع القوى

• قوة الثقل (الوزن): P = m × g حيث g = 9.81 N/kg (جاذبية الأرض).
• قوة الاحتكاك: تعيق الحركة بين سطحين متلامسين.
• قوة الشد: في الخيوط والحبال.
• قوة النابض (المرونة): تتناسب طرداً مع الاستطالة.

أمثلة محلولة

مثال 1:

جسم كتلته 50kg موضوع على سطح الأرض. احسب قوة ثقله.
P = m × g = 50 × 9.81 = 490.5 N

مثال 2:

إذا أثرت قوة مقدارها 20N على جسم فاكتسب تسارع 4m/s²، فما كتلة الجسم؟
m = F ÷ a = 20 ÷ 4 = 5 kg

تمارين

1. ما الفرق بين الكتلة والوزن؟
2. سيارة كتلتها 1200kg تتحرك بتسارع 2m/s². أوجد القوة المحركة للسيارة.
3. اشرح القانون الثالث لنيوتن بمثال من الحياة اليومية.

نشاط منزلي

ابحث عن تطبيقات على قوانين نيوتن الثلاثة في حياتك اليومية، واكتب مثالاً واحداً لكل قانون مع الشرح.