حساب مقدار القوة في علم الفيزياء
تعرف القوة في الفيزياء بأنها تؤثر على جسمين في الطبيعة، شريطة أن يكون لكل جسم حجم محدد غير يساوي الصفر، فيؤثر أحدهما على الآخر إما عن طريق الدفع أو الجذب، فيتم إنتاج حركة بفعل هذه العملية المسماة بالقوة. وتتوقف تأثير القوة على ثلاثة عوامل هي: اتجاه القوة وخط العمل أو نقطة التأثير ومقدارها. ويتم قياس القوة بوحدات مطلقة مثل وحدة نيوتن والداين، كما يمكن قياسها بالوحدات التثاقلية مثل الجرام والكيلوجرام. ويخصص علم الميكانيكا جزءا منه لدراسة التفاعلات التي تحدث بين القوى. وأرخميدس هو أول من اكتشف القوة في القرن الثالث قبل الميلاد، ولكن أسحاق نيوتن هو أول من وضع المبادئ والأسس والقوانين الخاصة بالقوة.
أهم أنواع القوة
النوع الأول يسمى قوة الاحتكاك، وتحدث عند تحريك جسمين أو تحريك مادتين سواء كانت العنصرين سائلين أو صلبين أو غازيين. يحدث ذلك في اتجاهين مختلفين عندما يكونا متلاصقين نتيجة وجود قوة ضاغطة بينهما، وتنتج كمية حرارة نتيجة حركتهما. يمكن تصنيف الاحتكاك إلى نوعين: الاحتكاك السكوني، الذي يحدث بين جسم ساكن، والاحتكاك الحركي، الذي يحدث عند بدء تحريك الجسم. النوع الثاني من القوة يسمى قوة الشد، وتحدث عند سحب جسم معين بواسطة خيط أو حبل. تحدث هذه القوة بين جسمين ويتأثر كل جسم منهما بشكل متساو. يرمز لهذا النوع من القوة بالرمز (ش).
القوة العمودية هي النوع الثالث من القوى، وتنتج عندما يؤثر الجسم عموديا على سطح ما، وبعد ذلك تأتي قوة الوزن كنوع رابع من أنواع القوى، وتنتج بسبب تأثير الجاذبية الأرضية بين الأجسام.
قانون نيوتن
القانون الأول للقوة، الذي وضعه نيوتن، يوضح أن تأثير القوة على جسم ما يكون مساويا للصفر، ويشمل هذا القانون الأجسام الساكنة والتي تتحرك بسرعة ثابتة. إذا لم تتأثر هذه الأجسام بأي قوة تؤثر في حركتها، فإنها ستظل ساكنة أو تتحرك بحركة ثابتة، وعليها أن تحتفظ بحالتها. يطلق على هذا القانون اسم قانون القصور الذاتي أو قانون الحركة الممانعة. أما القانون الثاني لنيوتن، فيشير إلى أن التسارع الذي يحدث في جسم ما يكون نتيجة لقوة غير متزنة أو تتأثر بها. فإذا تعرض الجسم لقوة معينة (ق) وكانت كتلته (ك)، فسيحدث فيه تسارع، وبزيادة القوة، يزداد التسارع بين الجسم والقوة.
القانون الثالث الذي وضعه نيوتن يقول إن لكل فعل رد فعل متساو في المقدار ومعاكس في الاتجاه. عندما تتأثر قوة ما في جسم معين، يتأثر الجسم بقوة أخرى تكون متساوية في المقدار للقوة الأولى، ولكنها تعمل في اتجاه معاكس. القانون الأساسي لنيوتن هو قانون القوة، الذي يمكن تقسيمه إلى هذه الأنواع الثلاثة: القوة = الكتلة × التسارع.
حساب مقدار القوة
ضرب الكتلة في السرعة و معادلة حساب القوة f و هي مطلوبة كي تحرك جسم كتلته m، كما له تسارع عجلة الجاذبية الأرضية a، و القوة تساوي الكتلة × العجلة أي (F = m x a) بمعنى تساوي حاصل ضرب الكتلة في العجلة، فيتم تحويل القيم التي تم اعطاؤها الى قيمتها بالنظام الدولي، حيث أن وحدة قياس الكتلة دوليا هي الكيلوغرام لكن وحدة القياس الخاصة بالعجلة هي (المتر/الثانية المربعة)، وفي هذه الحالة فإن القوة تحدث بوحدتها الدولية و هي النيوتن، فمثلا اذا وجدت كتلة الجسم و كانت تساوي ثلاث أرطال، إذا فيتم تحويلها إلى كيلو جرامات حيث أن ثلاث أرطال تساوي 1.36 كيلوغرام و هذه قيمة كتلة الجسم.
و لا بد من معرفة أن الكتلة تختلف تماما عن الوزن في الفيزياء، فإذا وجد وزن الجسم بالنيوتن و كان من ضمن المعطيات، و كان المطلوب حساب حاصل قسمته على 9.8 و هذا من أجل الحصول على ناتج الكتلة، فعلى سبيل المثال إذا وجد جسم وزنه 10 نيوتن و كتلته تساوي 10/ 9.8 فيكون الناتج 1.02 كيلو جرام.