القوى المؤثرة على جسم
القوة هي تأثير يتمثل في دفع أو سحب على جسم نتيجة تفاعله مع جسم آخر. هناك مجموعة متنوعة من أنواع القوة المشمولة في فئتين عريضتين بناء على ما إذا كانت القوة تنشأ عن الاتصال أو عدم الاتصال بين الكائنين المتفاعلين. والوحدة التي نقيس بها القوة هي النيوتن (N)، اسمها مأخوذ من اسم العالم الفيزيائي والرياضي الإنجليزي سير إسحاق نيوتن. يعتبر سير إسحاق نيوتن واحدا من أكثر العلماء تأثيرا في جميع العصور، وتم تسمية وحدة القوة بهذا الاسم تكريما لعمله في الميكانيكا وقوانينه الثلاث للحركة.
وللتوضيح أكثر فكر في الموقف التالي: عندما يُطلب منك معلمك بنقل مكتبها من جانب الفصل الدراسي الواحد إلى الجانب الآخر، فيجب عليك مساعدتها في إعادة ترتيب الفصل الدراسي. وبما أن المكتب ثقيل جدًا ولا يمكنك رفعه، فيجب عليك التفكير في طريقة أخرى لنقله عبر الفصل الدراسي، مثل استخدام عربة أو طلب مساعدة زملائك في الفصل
إما أن تدفع الجسم أو تسحبه عبر الغرفة، وبذلك، ستضطر لتطبيق قوة على المكتب لحمله وتحريكه، وهذا يعني أنه عندما يمارس جسم ما قوة على جسم آخر، فإن الجسم الثاني يبذل قوة على الجسم الأول.
نحن نعتمد على القوة في حياتنا اليومية، فتساعدنا القوى على الحركة والتحرك، وتساعد في تحريك الأشياء والفتح والإغلاق، وتساعدنا في القيام بمختلف الأنشطة مثل الأكل والشرب والمشي والجري.
أنواع القوى المؤثرة في حركة الأجسام
يتمثل العمل على الأشياء عندما تتلامس بعضها البعض في ستة أنواع من القوى، وتذكر أن القوة يمكن أن تكون دفعًا أو سحبًا، وهذه الأنواع هي:
قوى طبيعية
يمكنك رؤية القوة الطبيعية في بعض المواقف ، إذا قمت بوضع قطعة رقيقة من الخشب أو البلاستيك (المسطرة تعمل) بحيث تكون مدعومة من كلا الطرفين (ربما عن طريق الكتب) ووضعت شيئًا ثقيلًا صغيرًا في المنتصف ، فإن قطعة الخشب سوف تنثني ، بالطبع يريد أن يستقيم بحيث يمارس قوة صاعدة على الجسم، هذه القوة الصاعدة هي القوة العادية ، يمكنك أن تشعر بالقوة بنفسك إذا ضغطت لأسفل في وسط قطعة الخشب. كلما دفعت بقوة ، كلما زاد انحناء الخشب وزاد دفعه للخلف بقوة.
قوة تطبيقية
تشير القوة المطبقة إلى القوة التي يتم تطبيقها على شيء، مثل حركة قطعة أثاث عبر الغرفة أو الضغط على زر في جهاز التحكم عن بعد، حيث يتم تطبيق القوة.
قوة الاحتكاك
تشير قوة الاحتكاك إلى القوة التي ينتجها تلامس سطحين مع بعضهما البعض، فقد يكون الاحتكاك مفيدًا كما في الحالات التي يساعد فيها الشخص على المشي على الأرض دون الانزلاق، وقد يكون مدمرًا كما في الحالات التي يتحرك فيها الأجزاء داخل المحرك وتتعرض للاحتكاك لفترات طويلة.
قوة الشد
تعني قوة الشد القوة التي تؤثر على كابل أو سلك مثبت بين جدران متقابلة أو أشياء أخرى، مما يسبب قوة جذب متساوية في كلا الاتجاهين.
قوة الزنبرك
: “تعتمد قوة الزنبرك على ضغطه أو تمدده، ويمكن أن يسحب أو يدفع بإحكام بناءً على كيفية توصيل الزنبرك لتكوين القوة.
تتغير حركة الأشياء بسبب التأثيرللقوى غير المتوازنة عليها، وتؤثر أربعة عوامل رئيسية على حركة الأشياء، وهذه العوامل هي؛
- القوة
- والاحتكاك
- والقصور الذاتي
- والزخم.
أمثلة تأثير القوة على اتجاه الحركة
- البيسبول: يقوم القاذف بإرسال الكرة نحو لوحة المنزل، ويضرب اللاعب الكرة بالمضرب بقوة، مما يجعلها تتجه في اتجاه جديد.
- كرة القدم: يقوم اللاعب برمي كرة القدم بزاوية عالية، وتسحبها قوة الجاذبية نحو الأرض، مما يؤدي إلى انحناء مسارها نحو الأرض (ونأمل أن يتمكن شخص ما من التقاطها).
- تبحر سفينة الصواريخ في الفضاء، ويتم تحويل اتجاهها بواسطة الفلاش إلى نقطة عمودية على اتجاه السفر، ثم يتم الاعتماد على محرك الصاروخ الخاص بها لتغيير اتجاهها.
- أنبوب أشعة الكاثود: يُطلق سلك مشحون بالكهرباء الساخنة (باعث الكاثود) إلكترونات تنجذب إلى اللوحة الأرضية في الطرف الآخر من الأنبوب (ويُسمى ذلك شعاع الكاثود)، وعندما يمر الإلكترون عبر الأنبوب، فإنه يُعرض لمجال مغناطيسي يطبق قوة عليه ويُغيِّر اتجاه حركته.
كيف تؤثر القوة في الحركة
تعتبر العلاقة بين القوة والحركة مدهشة تمامًا، فما الذي يجعل الكرة تتحرك بهذه الطريقة؟ ولماذا تتوقف كرة القدم في النهاية إذا لم يلمسها أحد؟ ولماذا يصعب المشي على رصيف جليدي؟ وماذا يحدث للجاذبية عندما يتم وضع الكتاب على المكتب؟
- يمكن للقوة أن تغير حركة الجسم، فإذا كان الجسم ثابتًا فقد تتسبب القوة في تحريك الجسم، وإذا كان الجسم يتحرك بالفعل، فقد تتسبب القوة في تسريع حركته أو إبطائه.
- يمكن للقوى أن تغير شكل الكائن، ويُطلق عليه التشوه.
- تستطيع القوى أن تغير اتجاه الحركة للكائن.
يمكن تفسير اتجاه حركة الجسم على أنه الاتجاه الذي يؤثر عليه صافي القوة المؤثرة على الجسم. وبالتالي، لتغيير اتجاه جسم متحرك، يجب تطبيق القوة عليه في أي اتجاه يرغب الشخص في تغيير اتجاه الجسم، وإذا كان الهدف هو تغيير الاتجاه فقط وليس السرعة، يجب تطبيق القوة بزاوية 90 درجة إلى اتجاه الإزاحة، وإذا تم تغيير الاتجاه إلى الاتجاه المعاكس، يجب تطبيق القوة في الاتجاه المعاكس للحركة. يجب أن تكون القوة كافية لتقليل سرعة الجسم إلى الصفر ، ثم توفير بعض السرعة في الاتجاه الجديد.
كيف نصف حركة الجسم
يمكنك وصف حركة الجسم من خلال موقعه وسرعته واتجاهه وتسارعه ، لذا عندما يتحرك جسم ما ، نقول إن له سرعة ، السرعة هي معدل تغير موضع الجسم ، السرعة هي سرعة الجسم والاتجاه الذي يتحرك فيه ، تصف السرعة فقط مدى سرعة تحرك الجسم ، بينما تعطي السرعة كلاً من السرعة والاتجاه الذي يتحرك به الجسم.
يمكن أن يتحرك الجسم بسرعة ثابتة ، هذا يعني أنه يتحرك بنفس السرعة في نفس الاتجاه. على سبيل المثال ، السيارة التي تسير على طول الطريق السريع بسرعة 100 كم / ساعة في خط مستقيم لها سرعة ثابتة ، ومع ذلك ، ماذا يحدث عندما تتحرك السيارة بشكل أسرع أو تتباطأ؟ ، في الواقع ، يمكننا تغيير حركة جسم ما عن طريق تطبيق قوة لجعله يسرع أو يبطئ ، حيث تتغير سرعة الجسم بمرور الوقت بسبب تأثير قوة عليه ، وهذا يسمى التسارع وهو معدل تغير سرعة الجسم مع مرور الوقت ، بمعنى آخر ، إنه مقياس لكيفية تغير سرعة الجسم كل ثانية.
ماذا يحدث عند الدفع أو السحب بقوة متساوية
بالإضافة إلى العوامل المؤثرة في قوة الحركة، عندما تكون القوى متساوية ومتعاكسة في الاتجاه، فإنهما تعادل بعضها بعضا ونقول إن القوة الصافية تساوي 0 نيوتن. إذا كان أحدكم يمارس الدفع أو الجذب بقوة أكبر من الآخر، فإن القوتين ستعملان في اتجاهين متعاكسين ولكنهما غير متساويتين، ونقول إن القوة الصافية أكبر من 0 نيوتن، وسيكون هناك قوة صافية ناتجة. إذا كانت القوى متساوية وتعمل في نفس الاتجاه، فستكون هناك أيضا قوة ناتجة.
تخيل لعبة شد الحبل ، الناس على كلا الجانبين يسحبون الحبل ، إذا بذلوا قوى ذات حجم متساوٍ ، فإن الحبل يظل ثابتًا ، إذا كانت إحدى المجموعات قادرة على بذل قوة أكبر من المجموعة الأخرى ، فإن الحبل سيتحرك في اتجاه القوة الأكبر ، هذا لأن القوى غير متوازنة وهناك قوة صافية (ناتجة) تعمل في اتجاه القوة الأكبر.
في حالة استطاع أحدكما السحب والآخر الدفع في نفس الاتجاه، فإن هناك قوة صافية أكبر بكثير حيث تعمل القوتان في نفس الاتجاه، وبالتالي تجتمعان لإنتاج قوة صافية أكبر.