العلوم الفيزيائية — القوى في الفيزياء: مفهوم القوة وتمثيلها وقياسها وتأثيراتها (قانون نيوتن الأول والثاني والثالث) مع تمارين محلولة — الأولى ثانوي — المنهاج الجزائري

الأهداف التعليمية

• تعريف القوة وتمييز أنواعها
• تمثيل القوى بمتجهات (الطول، الاتجاه، الجهة)
• تطبيق قوانين نيوتن في الحركة
• حساب محصلة القوى وتأثيرها على حركة الأجسام

1. مفهوم القوة

القوة: مؤثر خارجي يغير من حالة الجسم الساكن أو المتحرك (يغير سرعته أو اتجاه حركته أو يشوهه). القوة كمية متجهة (لها قيمة، اتجاه، جهة ونقطة تطبيق).

تقاس القوة بوحدة النيوتن (N) باسم العالم إسحاق نيوتن.

2. أنواع القوى

• قوى التماس: قوة شد الحبل، قوة دفع اليد، قوة الاحتكاك، قوة رد الفعل العمودي
• قوى عن بعد: الثقالة (الوزن)، القوة المغناطيسية، القوة الكهربائية

3. تمثيل القوة بمتجهة

لتمثيل القوة نستخدم متجهة حيث:

• نقطة التطبيق: مركز الجسم أو نقطة تأثير القوة
• خط التأثير: المستقيم الحامل للقوة
• المنظم (الطول): يتناسب مع شدة القوة (سلم الرسم)
• الجهة: جهة تأثير القوة

4. قوانين نيوتن للحركة

القانون الأول (قانون العطالة أو القصور الذاتي)

«كل جسم ساكن يبقى ساكناً وكل جسم متحرك يبقى متحركاً بحركة مستقيمة منتظمة ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته.»

محصلة القوى ∑F = 0 ⇔ الجسم ساكن أو متحرك بحركة مستقيمة منتظمة.

القانون الثاني (العلاقة الأساسية للديناميك)

∑F = m × a

محصلة القوى المؤثرة على جسم تساوي كتلة الجسم مضروبة في تسارعه.

القانون الثالث (فعل ورد الفعل)

«لكل فعل رد فعل مساوٍ له في الشدة، مضاد له في الاتجاه والجهة.»

F_AB = -F_BA

5. قوة الثقالة (الوزن)

P = m × g

حيث: P: الوزن (N)، m: الكتلة (kg)، g: شدة مجال الثقالة (≈ 9.81 N/kg على سطح الأرض).

6. تمرين بكالوريا محلول

تمرين: جسم كتلته m = 500 g موضوع على طاولة أفقية. نطبق عليه قوة أفقية F شدتها 3 N. قوة الاحتكاك f شدتها 0.5 N في عكس جهة الحركة.

1) أحسب وزن الجسم (g = 10 N/kg).

2) أحسب محصلة القوى المؤثرة على الجسم.

3) أحسب تسارع الجسم.

الحل:

1) P = m × g = 0.5 × 10 = 5 N.

2) محصلة القوى على المحور الأفقي: ΣF_x = F – f = 3 – 0.5 = 2.5 N. المحور العمودي: ΣF_y = R – P = 0 (التوازن العمودي).

3) من القانون الثاني: ΣF = m × a ⇒ a = ΣF / m = 2.5 / 0.5 = 5 m/s².

7. تمرين إضافي

كرة كتلتها 200 g سقطت سقوطاً حراً من ارتفاع. أحسب وزنها، ثم أحسب محصلة القوى المؤثرة عليها والتسارع.

الحل: P = 0.2 × 10 = 2 N. القوة الوحيدة المؤثرة هي الوزن. ΣF = P = 2 N. التسارع a = P/m = 2/0.2 = 10 m/s² = g. وهذا صحيح لأنه سقوط حر.

خلاصة

القوى هي المسبب الأساسي للحركة والتشوه. قوانين نيوتن الثلاثة تشكل أساس الميكانيكا الكلاسيكية. لحل أي مسألة حركة نبدأ بتحديد القوى المؤثرة ونطبق القانون الثاني ΣF = m·a.

دروس مشابهة (قد تهمك)

• الاحتراق والتفاعل الكيميائي: مفهوم الاحتراق وأنواعه — العلوم الفيزيائية — الأولى ثانوي
• الطاقة الميكانيكية: الطاقة الحركية والطاقة الكامنة الثقالية — العلوم الفيزيائية — الأولى ثانوي