ما هي القوة
: القوة هي عبارة عن كل مؤثر خارجي أو فعل يمكن أن يؤدي إلى تغيير شكل الجسم أو حالته أو اتجاه مساره، ويؤثر على حركته. ويمكن أن تقوم القوة بتسريع الجسم أو إبطائه أو إيقافه حتى يصبح في حالة سكون. وتتألف القوة من مقدار لها واتجاه، وتقاس بوحدة نيوتن، واسمها مستمد من العالم إسحاق نيوتن الذي اكتشفها في القرن السابع عشر.
ما هو عزم دوران نيوتن
عزم الدوران هو مقياس يستخدم لقياس مدى القوة التي تؤثر على الجسم وتدفعه للدوران حول محور محدد يسمى نقطة الارتكاز ويرمز لها بـ O. وتؤثر القوة التي يرمز لها بـ F، من خلال ذراع العزم التي تمتد من نقطة الارتكاز إلى نقطة التأثير، ويرمز لها بـ r، وهي المسافة من محور الدوران إلى نقطة التأثير.
ما هي القوة الحصانية
وحدة القوة الحصانية هي وحدة قياس اخترعها العالم الاسكتلندي جيمس وات في نهاية القرن الثامن عشر. تستخدم لقياس قوة محركات البخار وتم تطويرها لتشمل محركات الاحتراق الداخلي والمحركات التوربينية. تعادل وحدة القوة الحصانية قدرة حصان واحد على رفع 33000 رطل في دقيقة واحدة على مسافة قدم واحدة. توجد ثلاثة أنواع من القوة الحصانية، وهي القوة الميكانيكية والكهربية والمترية، وتستخدم جميعها لقياس قوة محركات السيارات.
ما الفرق بين القوة وعزم الدوران
لمعرفة الفرق ما بين القوة والعزم يجب أولاً أن ننوه أن العزم هو نفسه عزم الدوران ويعرف أيضاً باسم عزم القوة، وإن هناك علاقة وثيقة ما بين القوة وعزم الدوران، فعندما يتم تطبيق قوة على جسم يكون في حالة دوران حول محور دوران ثابت فينتج عنه عزم الدوران، ولكن بشرط أن لا تكون القوة مارة من مركز الدوران، وعندما تُطبق القوة على جسم يكون في حالة سكون فستؤثر هذه القوة عليه وتجعله يتحرك، وإن تطبيق القوة على جسم يكون في حالة حركة تجعله يتباطأ، وإن عزم الدوران الذي يكون ناتجاً عن قوة معينة يتوقف على مقدار هذه القوة بالإضافة إلى طول الذراع وهي ما تعرف بالمسافة ما بين نقطة تأثير القوة ومركز الدوران، وإن الفرق ما بين القوة وعزم الدوران كما يلي:
- يمثل عزم الدوران الجوهر الحقيقي للحركة في معظم الأمور، ولكن القوة ليست سوى جزء من معادلة عزم الدوران، ويتم تعبير القانون الذي يجمع بين عزم الدوران والقوة عن طريق علاقة العزم الدوراني يساوي القوة المضروبة بطول ذراع القوة.
- هنا نجد أن القوة تعني أي فعل يؤدي إلى تحريك الجسم وتغيير سرعته إذا كان في حالة حركة، وتعمل على تحريك الجسم عندما يكون ساكنا، وتؤثر أيضا في تغيير شكل الجسم. أما عزم القوة، فيتم حسابه بضرب القوة بالمسافة العمودية عن المحور. على سبيل المثال، عندما نطبق قوة على باب لفتحه، يدور الباب حول محوره ويتم توليد عزم القوة هذا.
- وفقًا للنظام الدولي، يتم قياس عزم الدوران بوحدة نيوتن متر، ويتم قياس القوة بوحدة نيوتن N، ويساوي نيوتن واحد القوة المطلوبة لتسريع جسم وزنه 1 كغ خلال الثانية الواحدة.
- يتمثل عزم القوة في تدوير الجسم حول محوره، بينما القوة هي عملية الشد أو الدفع. وفي حالة عزم الدوران، تتمثل هذه القوة في شكل لف.
- تعرف قوة الدوران بأنها القوة التي تنتجها العمود المرفق للمحرك، وأداؤه يعتمد على هذه القوة، حيث يزداد الأداء مع زيادة القوة، ونستنتج أن القوة الثابتة هي تلك التي لا تتسبب في تسارع زاوي، بينما القوة المتحركة هي التي تسبب التسارع الزاوي، والسرعة هي سرعة الإنجاز.
- إن عزم الدوران قادر على القيام بالعمل بينما القوة فهي السرعة التي يتم إنجاز ذلك العمل من خلالها، ونستطيع أن نقول أن معدل إكمال العمل خلال فترة زمنية معينة، وإن العزم والقوة يرتبطان فيما بينهما بعلاقة تتجلى في أن القوة المقدرة بالحصان تكون مساوية إلى عزم الدوران ومضروبة بعدد دورات المحرك في الدقيقة، ونستطيع أن نعبر عن هذه العلاقة بهذه المعادلة: H = T x rpm / 5252
تأثير القوة على الجسم
عند تطبيق القوة على جسم ما، يحدث ما يلي:
- تؤدي هذه القوة إلى تغيير في الجسم، ويشار إلى هذا التغيير باسم التشوه.
- تعمل القوى على تغيير حركة الجسم لتحريكه في حال كان ساكنًا، وتغيير سرعته إذا كان متحركًا.
- تتغير اتجاه الجسم الذي يتحرك به القوة.
عندما يكون الجسم في حالة حركة، نقول أن لديه سرعة. والسرعة هي معدل تغير مكان الجسم واتجاه حركته. من خلال تطبيق قوة، يمكننا تغيير حركة الجسم؛ فقد يتسارع أو يصبح أبطأ. سرعة الجسم يمكن أن تتغير مع مرور الوقت بسبب القوة المؤثرة عليه. عند تطبيق قوة على جسم، يتولد عزم القوة.
قوانين نيوتن في القوة أو الحركة
إن قوانين نيوتن تتجلى في:
- يفيد القانون الأول لنيوتن بأن الجسم يمكن أن يبقى ساكنًا أو يتحرك في مسار معين إذا لم يتأثر بقوة خارجية تؤثر عليه أو تغير اتجاه حركته.
- ينص القانون الثاني لنيوتن على أنه إذا تم تأثير عدة قوى على جسم، فإن هذه القوى تعطي الجسم تسارعًا يتناسب مع قوة هذه القوى ويتناسب عكسيًا مع كتلة الجسم، ويمكن تمثيل هذا القانون بالمعادلة: مجموع القوى = التسارع × الكتلة.
- القانون الثالث لنيوتن ينص على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
وتستخدم هذه القوى في العديد من الأغراض التي تستفيد منها الإنسان، وتم تصنيع العديد من الأشياء التي تعتمد بشكل رئيسي على قوانينها، مثل الطائرات والمناطق الانزلاقية والمصاعد الكهربائية وغيرها.