كيف تؤثر القوة في الحركة ؟ .. مع الأمثلة

القوة والحركة

تعرف القوة في علم الفيزياء على أنها تأثير يؤثر بشكل مباشر على الأجسام لتغيير حالتها أو اتجاهها أو موضعها أو حركتها. فعلى سبيل المثال، عند رمي كرة، تتحرك في اتجاه معين، وتعني القوة أيضا نسبة التغيير في الزخم إلى الوقت. وتعتبر القوة في الفيزياء كمية متجهة بكمية واتجاه محددين.

الحركة تعني تغيير موضع الجسم من مكان إلى آخر، وتنقسم إلى ثلاثة أنواع وفقا للدراسات الفيزيائية، وهي: الحركة الدورانية مثل دوران الأرض حول نفسها، والحركة الخطية مثل حركة جسم على شكل خط مستقيم، ويمكن أن تكون الحركة رأسية أو أفقية، ويجب أن تكون الحركة والإزاحة مختلفة، حيث إن المسافة المقطوعة خلال الحركة تعبر عن الإزاحة.

تنقسم القوى التي تؤثر على الجسم في الكون إلى أربعة أقسام رئيسية، وهي: قوى التفاعل القوية والضعيفة التي تؤثر على الجسيمات غير الذرية والبروتونات والنيوترونات في النواة الذرية، والقوة الكهرومغناطيسية التي تؤثر على الشحنات الكهربائية، وقوة الجاذبية التي تعتمد على الكتلة وتؤثر بشكل عام على قوة الجاذبية، وتعتبر معروفة لأنها القوة التي تربط الكواكب والشمس والنجوم وتشكل المجرات وعناقيد المجرات وجميع الكائنات في الكون خارج الأرض.

تعتبر القوة والحركة عنصران لا يمكن فصلهما عن بعضهما البعض، فالجسم المتحرك يوقف حركته تمامًا في حالة انقطاع القوة التي تسببها، وعبر العصور والقرون السابقة ظلت آراء أرسطو في مكانها حتى جاء الفيزيائي جاليليو وأدى، فمن خلال التجارب والبحث العلمي والعملي خلص إلى أنّ قوة الاحتكاك هي القوة المسؤولة عن إيقاف الأجسام المتحركة دون غياب أو ضعف القوة الأصلية المسببة للحركة.

توصل الفيزيائي جاليليو إلى استنتاج مفاده أنّ غياب الاحتكاك لا يؤثر على حركة الجسم المتحرك بعد فترة من التجارب، حيث يستمر الجسم المتحرك في التحرك بالسرعة الصحيحة وفي خط مستقيم دون الحاجة إلى قوة تؤثر عليه حتى يتحرك.

أنواع الحركة

توضح دراسة الميكانيكا وجود نوعين رئيسيين للحركة، وهما كالتالي:

الحركات البسيطة: تعتبر أبرز الأمثلة على الحركة البسيطة عندما يتحرك الجسم بشكل مستقيم، فهو يقوم بحركات بسيطة، أو إذا كان جسمان يتحركان باتجاه بعضهما البعض في خط مستقيم، فهذا شكل آخر من أشكال الحركة البسيطة وأبسط الحركات هي الأجسام المتحركة التي تتحرك بسرعة ثابتة بدون تسارع، وهناك أيضًا العديد من الدراسات الأكثر تعقيدًا لبعض الأشياء في هذا النوع من الحركة البسيطة، والتي تتناول دراسة الأشياء التي تتسارع أو تتباطأ، حيث توجد قوى تتحكم فيها.

الحركات المعقدة: تعتبر أبرز الأمثلة على الحركة المعقدة  هي حركة جسم مادي عندما يتغير اتجاهه، أي أنّها لا تسير في خط مستقيم، وهذا المجال من الدراسة يتضمن حركات منحنية مثل حركة دائرية أو حركة كرة مقذوفة تُلقى في الخارج، ولكي تحدث مثل هذه الأشكال المعقدة من الحركة، يجب أن يكون هناك القوى التي تقف وراءه والتي تؤثر عليه، وتحدث هذه القوى في زوايا معينة تؤدي إلى مثل هذه الحركات المعقدة.

كيف تؤثر القوة في الحركة

في حياتنا، تتعرض أجسادنا باستمرار لمجموعة من القوى الداخلية والخارجية التي تؤثر علينا دون أن نشعر بها، وتشجعنا على الحركة والتوقف وتغيير الاتجاه والسرعة، وتلعب دورا مهما في الحفاظ على توازن الجسم واستقرار الوضع.

تقاس القوة بالنيوتن (N) فيما يتعلق بالعالم إسحاق نيوتن، الذي وضع قوانين الحركة الثلاثة المشهورة في عام 1678 من خلال تعريف بسيط، حيث يمكن تعريف القوة بأنها تأثير الجذب أو الدفع على شيء ما، وعلى الرغم من أن مصطلح التسارع في الحياة اليومية يعني زيادة في السرعة، إلا أن تعريف التسارع بالمعنى الميكانيكي قد يختلف إلى حد ما.

تسارع الجسم كمية متجهة لها نفس الحجم والاتجاه. وتسمى القوى التي تؤثر على جسمنا نتيجة تفاعلاته مع البيئة الخارجية بالقوى الخارجية، وتشمل الجاذبية والاحتكاك وقوى رد الفعل للأرض، أما القوى التي تنشأ من داخل الجسم فتسمى القوى الداخلية.

عندما تنقبض العضلات الداخلية، فإنها تؤثر على قوة الجر على العظام وتحركها حول المفصل، وتحافظ على تماسك بنية الجسم وتقاوم تأثير القوى الخارجية، وتؤثر هذه القوى على جميع مكونات الجسم أثناء الراحة والحركة.

يسمى تأثير القوى المختلفة على أنظمة الجسم بالحمل الميكانيكي خلال أنشطة الحياة المختلفة، كما يخضع الجسم لعدد من القوى مما يعني أنّ أنسجة الجسم تخضع لأنواع مختلفة من الأحمال الميكانيكية، وهناك أنواع مختلفة من الأحمال الميكانيكية التي يمكن أن يتعرض لها الجسم بما في ذلك الشد والضغط والتواء

هذا مثال بارز آخر على تأثير القوة في الحركة عندما يقفز لاعب كرة السلة لالتقاط الكرة ويلاحظ أنه قفز مبكرا في الهواء، فلن يكون قادرا على الوقوف في منتصف الطريق بعد القفز، بينما تؤثر القوة فقط على الجاذبية. كما يمكن للسطح الخارجي للإنسان أن يخلق قوة خارجية أخرى تعمل ضد قوة الجاذبية. وبالطبع، سيعود اللاعب إلى الأرض، وعندما تلمس قدميه الأرض، تدفعه الأرض بقدميه مما يخلق قوة ارتداد خارجية تدفعه للقفز مرة أخرى عن طريق التغلب على الجاذبية.

بالإضافة إلى أنها تلعب دورا مهما في الحركة، فإن هذه القوى تشكل أيضا عبئا على أنسجة الجسم. تخضع مكونات الجهاز العضلي الهيكلي والعضلات والعظام والغضاريف والأوتار والأربطة لأنواع مختلفة من الأحمال الميكانيكية الخارجية التي تؤدي إلى تغييرات هيكلية في هذه الأنسجة على الجهاز العضلي الهيكلي، مثل الكسور في العظام أو الأوتار أو الأربطة.

يتوقف مقدار الضرر الذي تسببه القوى الخارجية على نوع الحمل الميكانيكي الذي يتعرض له الجسم وعلى طبيعة الأنسجة المعرضة لهذا الحمل. فقد تختلف الأنسجة في خواصها الميكانيكية وبالتالي في القوة ودرجة التحمل الميكانيكية والضغوط التي تتحملها، وبالتالي فإن العظام، على سبيل المثال، تتميز بأنها أكثر الأنسجة التي يمكنها تحمل الضغط، بينما تتمتع الأوتار بقدرة عالية على تحمل التوتر ولكنها تكون ضعيفة في مقاومة الضغط.

وتجدر الإشارة إلى أن العظام والغضاريف والأربطة والأوتار يجب أن تتعرض بانتظام لفترة زمنية يزداد فيها الضغط عليها، ثم تأتي فترة تقل فيها هذا الضغط لتجعلها أكثر قوة، أي تزيد من قدرتها على تحمل التأثيرات الخارجية. وهذا يؤدي إلى ضعف هذه الأنسجة وتقصير الأوتار والأربطة. وهنا يكمن أهمية الجهاز الحركي والقوى التي تؤثر عليه، ومن ثم يتم استخدام هذا الفهم في إنشاء برامج التدريب الرياضي التي تسمح بتوجيه هذه القوى لزيادة وتحسين القدرات البدنية والمهارات للفرد، وتقليل حدوث الإصابات على الجوانب الأخرى.

تنقسم ترتيب الحركات من حيث القوة الخارجية إلى قسمين: قوى ناشئة عن الاتصال المباشر وتلامس الكائنات مع بعضها البعض، وقوى التلامس والاحتكاك مثل قوى الاحتكاك وقوى تنافر التربة ومقاومة الهواء والماء، والنوع الآخر هو قوى خارجية لا يعتمد تأثيرها على التلامس بين الأشياء (قوى عدم التلامس) وأهم مثال عليها هو قوة جاذبية الأرض.