قوانين نيوتن للحركة هي ثلاثة قوانين مادية وضعت معًا، الأساس للميكانيكا الكلاسيكية.حيث يصفون العلاقة بين الجسم والقوى المؤثرة عليه، وحركته استجابة لتلك القوى. وسنتعرف خلال مقالنا التالي على قوانين نيوتن الثلاث .
قوانين نيوتن الثلاث
تم تجميع قوانين الحركة الثلاثة لأول مرة من قبل إسحاق نيوتن في كتابه Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية)، والتي نُشرت لأول مرة في عام 1687. وقد استخدمها نيوتن لشرح والتحقيق في حركة العديد من الأجسام والنظم المادية. على سبيل المثال، في المجلد الثالث من النص، أوضح نيوتن أن قوانين الحركة هذه، إلى جانب قانون الجاذبية العالمية، قد أوضحت قوانين كبلر لحركة الكواكب.
يمكن ذكر قوانين حركة نيوتن الثلاثة على النحو التالي:
- يظل كل كائن في حالة سكون ما لم تعمل قوة خارجية للتأثير عليه وتحريكه
- القوة تساوي تسارع أوقات الكتلة [$ f (t) = m \، a (t) $].
- لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الإتجاه
-
قوانين نيوتن الثلاث
القانون الأول لنيوتن
-يظل كل كائن في حالة سكون ما لم تتدخل قوة خارجية للتأثير عليه وتحريكه
يطلق عليه قانون القصور الذاتي، وقد كان رائدا من قبل العالم غاليليو. إلا أنه تم تطويره لأنه لم يكن من الممكن في زمن جاليليو مراقبة جسم متحرك دون سحب قوى احتكاكية للحركة. فحيثما توجد حركة، حتما توجد قوة خارجية تنتج هذه الحركة.
في الإطار المرجعي للقصور الذاتي، يظل الكائن في حالة سكون أو يواصل التحرك بسرعة ثابتة، ما لم يتم التصرف بناءً على القوة.
ينص القانون الأول على أنه إذا كانت القوة الصافية (مجموع المتجه لجميع القوى المؤثرة على جسم ما) تساوي صفرًا، تكون سرعة الكائن ثابتة. فالسرعة هي كمية متجهية تعبر عن كل من سرعة الكائن واتجاه حركته
تشير عبارة سرعة الكائن ثابتة إلى أن كلا من سرعته واتجاه حركته ثابتان.
- يمكن ذكر القانون الأول رياضياً عندما تكون الكتلة ثابتة غير صفرية
- أي كائن في حالة راحة سيبقى في حالة سكون ما لم تتصرف القوة عليه.
- الكائن المتحرك لن يغير من سرعته ما لم تتصرف القوة عليه.
قانون نيوتن الثاني
إذا أثرت قوة على جسم ما فإنها تكسبه تسارعاً، يتناسب طردياً مع قوته وعكسياً مع كتلته.
[$ f (t) = m \، a (t) $].
- وفقا للمعادلة يستخدم تسارع الجسم للتعبير عن القانون الثاني ويطبق القانون على الأنظمة ثابتة الكتلة لذا فإن F هي القوة المحصلة، m هي كتلة الجسم و a ترمز إلى تسارع الجسم.
- القوة المؤثرة على الجسم ينتج عنها تسارع في حركة الجسم ويمكن التعبير عنها أيضا أنه إذا كان الجسم في حالة تسارع فإنه يؤثر عليه قوة.
- في الإطار المرجعي بالقصور الذاتي، يكون مجموع المتجه للقوى F على جسم ما مساويًا للكتلة m من ذلك الكائن مضروبة في التسارع a للكائن أي تكون F = ma , بحيث تكون الكتلة m ثابتة
- ينص القانون الثاني على أن معدل تغيير الزخم في الجسم يتناسب طرديا مع القوة المطبقة، وهذا التغيير في الزخم يحدث في اتجاه القوة المطبقة.
-
قانون نيوتن الثاني
القانون نيوتن الثالث
لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الإتجاه
يتضمن قانون نيوتن الثالث الحفاظ على الزخم حيث يمكن أن يفسر من القانون الثاني: فعندما يقوم كائن “بدفع” كائن ثانٍ في نقطة اتصال (عديمة الكتلة) باستخدام القوة المطبقة، يجب أن يكون هناك قوة مساوية ومعاكسة من الكائن الثاني الذي يلغي القوة المطبقة. خلاف ذلك، ستكون هناك قوة صافية غير صفرية في نقطة لا حشد لها، والتي بموجب القانون الثاني، سوف تسرع نقطة الاتصال بكمية غير محدودة.
عندما يمارس جسم ما قوة على جسم آخر، يمارس الجسم الثاني في نفس الوقت قوة متساوية في الحجم ومعاكسة في الاتجاه على الجسم الأول.
خصائص قوانين نيوتن الثلاث
- يتم تطبيق قوانين نيوتن على الأشياء المثالية ككتل ذات نقطة واحدة، بمعنى أن حجم وشكل جسم الكائن يتم إهماله للتركيز على حركته بسهولة أكبر. ويمكن القيام بذلك عندما يكون الجسم صغيرًا مقارنةً بالمسافات التي ينطوي عليها تحليله ، أو عندما لا يكون تشوه الجسم ودوره مهمًا.
- قوانين نيوتن للحركة ليست كافية لوصف حركة الأجسام الصلبة والأجسام المشوهة. وقد قدم Leonhard Euler في عام 1750 تعميمًا لقوانين نيوتن للحركة بالنسبة للهيئات الصلبة والتي تسمى قوانين حركة أويلر ، والتي طبقت لاحقًا أيضًا على الأجسام المشوهة المفترضة كسلسلة متصلة.
- لا تسري قوانين نيوتن إلا فيما يتعلق بمجموعة معينة من الأطر المرجعية تسمى الأطر المرجعية النيوتونية أو بالقصور الذاتي.
- في كتلة التفسير المحددة، يُفترض أن التسارع والزخم والقوة هي كميات محددة من الخارج.