الفيزياء العامة: الميكانيكا الكلاسيكية وقوانين نيوتن – محاضرات جامعية

الفيزياء العامة: الميكانيكا الكلاسيكية

الميكانيكا الكلاسيكية هي فرع الفيزياء الذي يدرس حركة الأجسام والقوى المؤثرة فيها. وضع أسسها العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر من خلال قوانينه الثلاثة الشهيرة للحركة وقانون الجذب العام. تعتبر الميكانيكا الكلاسيكية حجر الزاوية لكل فروع الفيزياء الحديثة.

قوانين نيوتن للحركة

القانون الأول (القصور الذاتي): ينص على أن الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً بسرعة ثابتة في خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. هذا القانون يفسر لنا لماذا نشعر بانجذاب نحو الأمام عندما تتوقف السيارة فجأة. القانون الثاني: ينص على أن تسارع الجسم يتناسب طردياً مع القوة المحصلة المؤثرة عليه وعكسياً مع كتلته، ويعبر عنه بالعلاقة F = ma. القانون الثالث: ينص على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه، فعندما تدفع جداراً بيدك، يدفعك الجدار بنفس القوة في الاتجاه المعاكس.

قانون الجذب العام

ينص قانون الجذب العام لنيوتن على أن أي جسمين في الكون يتجاذبان بقوة تتناسب طردياً مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسياً مع مربع المسافة بينهما. هذا القانون يفسر سقوط التفاحة من الشجرة نحو الأرض كما يفسر دوران الكواكب حول الشمس. يمكن التعبير عنه بالعلاقة: F = G(m₁m₂)/r² حيث G هو ثابت الجذب العام.

تطبيقات على قوانين نيوتن

عند رمي كرة إلى الأعلى، تؤثر عليها قوة الجاذبية الأرضية التي تباطئ حركتها صعوداً حتى تتوقف عند أقصى ارتفاع، ثم تبدأ في التسارع نحو الأرض. عند ركوب المصعد، تشعر بزيادة في وزنك عند بدء الصعود (تسارع لأعلى) وبانخفاض في وزنك عند بدء النزول (تسارع لأسفل)، وهذا تطبيق مباشر للقانون الثاني لنيوتن.

الطاقة الميكانيكية وحفظها

الطاقة الميكانيكية هي مجموع طاقتي الحركة (الحركية) والوضع (الكامنة). ينص مبدأ حفظ الطاقة الميكانيكية على أن الطاقة لا تفنى ولا تستحدث بل تتحول من شكل إلى آخر. فكرة التزحلق على منحدر، تتحول طاقة الوضع عند القمة إلى طاقة حركية عند القاع.

للاستزادة، اطّلع على الكيمياء العامة: الجدول الدوري والترابط الكيميائي والرياضيات: التفاضل والتكامل.