الفيزياء الجامعية — الميكانيكا الكلاسيكية: قوانين نيوتن

قوانين نيوتن في الحركة

تعتبر قوانين نيوتن الثلاثة أساس الميكانيكا الكلاسيكية (Classical Mechanics) والتي تصف العلاقة بين حركة الأجسام والقوى المؤثرة عليها. صاغ العالم إسحاق نيوتن هذه القوانين في كتابه “الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية” عام 1687م.

القانون الأول: قانون القصور الذاتي

ينص القانون الأول لنيوتن على أن: “الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً بسرعة ثابتة في خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية محصلة.” يعبر هذا القانون عن مفهوم القصور الذاتي (Inertia)، وهو ميل الجسم لمقاومة التغيير في حالته الحركية.

القانون الثاني: قانون التسارع

ينص القانون الثاني على أن: “التسارع الذي يكتسبه جسم يتناسب طردياً مع محصلة القوى المؤثرة عليه، وعكسياً مع كتلته.” رياضياً: F = m · a حيث F هي محصلة القوى (نيوتن)، m هي الكتلة (كغ)، و a هو التسارع (م/ث²).

القانون الثالث: قانون الفعل ورد الفعل

ينص القانون الثالث على أن: “لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.” بمعنى أنه عندما يؤثر جسم A بقوة على جسم B، فإن الجسم B يؤثر بقوة مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه على الجسم A.

مثال تطبيقي

كتلة جسم 5 كغ، أثرت عليه قوة أفقية مقدارها 20 نيوتن. احسب تسارع الجسم إذا كان سطح الاحتكاك مهملاً.

باستخدام القانون الثاني: a = F/m = 20/5 = 4 م/ث²

تطبيقات عملية

تستخدم قوانين نيوتن في تصميم المركبات والطائرات والصواريخ، وفي تحليل حركة الأقمار الصناعية، وفي دراسة اهتزازات الجسور والمباني. لمزيد من المعرفة، راجع درس التكامل في الرياضيات ودرس حساب المساحات والحجوم.

تمارين مقترحة

1. جسم كتلته 10 كغ يؤثر عليه قوتان: 30 نيوتن شرقاً و 40 نيوتن شمالاً. احسب مقدار واتجاه التسارع.
2. شرح القانون الثالث لنيوتن بمثال من الحياة اليومية.
3. إذا كان وزن جسم على سطح الأرض 196 نيوتن، فما كتلته؟ (g = 9.8 م/ث²)