دليل شامل لأنواع القوى وتأثيرها وقانونها
وما إن أكملت كلامي حتى سقطت تفاحة على رأسي جعلتني أبحث بشكل مفصَّل على قوانين نيوتن الثلاث، بالإضافة إلى معرفة تعريف القوة بشكل علمي أكثر، وأنواع القوى التي نستخدمها في حياتنا اليومية.
إن كنتَ ترغب في معرفة قوانين القوة إضافة إلى أنواعها وتعريفها تابع معنا المقال.
ما هي القوة؟
يمكن تعريف القوة بأنَّها الفعل الذي يغير حركة في كل من سرعته وحركته واتجاهه، وتم تفسير القوة بناءً على قوانين وضعها نيوتن بعد اكتشافه لها حيث بينت القوانين أنَّ هناك قوى خارجية تجعل الجسم في حالة تسارع وحركة دافعة له، إذ إنَّ للقوى مقدار واتجاه وهذا يعني أنها كمية فيزيائية متجهة.
ويرجع اكتشاف القوة إلى القرن السابع عشر حيث تم اكتشافها وصياغة قوانينها من قبل العالم إسحاق نيوتن بعد سقوط تفاحة عليه من الشجرة نحو الأرض مباشرة وليس إلى أي جهة أخرى.
ومن هنا أتت تسمية قوة الجاذبية الأرضية إذ بيَّن من خلالها أنَّ الأجسام تتساقط من الأعلى نحو الأرض مباشرةً عند رميها من الأعلى، بسبب أنّ قوة الأجسام لبعضها تكون أقل من قوة الجذب للأرض، ويتم قياسها وفق قانون القوة الذي يبين أن القوة تساوي الكتلة ضرب التسارع إذ أن واحدتها كغ× المتر ÷ الثانية للتربيع.
وهذه الواحدة أتت من الواحدات الفيزيائية التالية:
- الكتلة تقاس بالكيلو غرام.
- التسارع يقاس بالمتر ÷ الثانية للتربيع.
وهذه الواحدة هي النيوتن.
أنواع القوى
يوجد الكثير من أنواع القوى في الفيزياء ويمكن تصنيف الأنواع حسب تصنيفين أساسيين وهما:
- القوى ذات التأثير عن بُعد.
- القوى المتلامسة.
ويوجد اختلاف بينهما إذ إنّ القوى المتلامسة هي القوى التي تؤثر على جسمين بشرط أن يلامسا بعضهما البعض، أما القوى ذات التأثير عن بعد فهي تؤثر على الأجسام بشرط أن يكون الجسمان بعيدين عن بعضهما ولا يلامس أحدهما الآخر.
أنواع القوى المتلامسة
1. قوة التوتر
لا يمكن الدفع من خلال هذه القوة فهي مختصة بالسحب فقط، كما أنّها تنتقل عبر خيط أو حبل أو سلك عند شدهم فهي تكون مطبقة على طرفي الحبل، تعتبر الأرجوحة المعلقة خير مثال عليها، فيتم توجيه قوة التوتر على الحبل بأكمله ثم تسحب الاجسام المثبتة بشكل متساوي على أطراف الحبل.
2. قوة المقاومة للهواء
وهي القوة الناتجة عن تفاعل تراكمي مع جزيئات الهواء، هناك الكثير من العوامل المؤثرة فيها لذلك يصعب حسابها وقياسها، إذ إنّها تؤثر بشكل معاكس لاتجاه الحركة عبر الغازات أو الهواء في الجو، ويمكن طرح مثال عليها بذكر القوة التي تؤثر على حركة المظلة وتبطء من سقوطها أثناء القفز المظلي.
3. قوة النابض
وهي القوة الناتجة عن التأثير الناتج من النابض في حال كان مضغوط أو ممدد على أي جسم متصل فيه، كما أنَّ حجم هذه القوة يتناسب مع مقدار التمدد الحاصل أو الضغط.
4. قوى الاحتكاك
وهي قوى بين جسمين أحدهما يمشي على الآخر بمعنى آخر، هي القوة المبذولة من السطح عندما يتحرك جسم فوقه، وبشكل عام تعاكس قوى الاحتكاك اتجاه حركة الجسم وتعتمد بشكل رئيسي على مساحة السطح الذي تلامس عليه الجسمين أو على كتلتهما.
5. قوة عادية
وهي التي تنتج عند تلامس سطح الأجسام مع بعضها البعض وتؤثر بشكل عامودي على هذه الأسطح.
أنواع القوى ذات التأثير عن بعد
1. قوة نووية قوية
عملها الأساسي ربط مكونات النواة مع بعضها البعض، فهي شديدة بين جميع الجسيمات الأساسية.
2. قوة نووية ضعيفة
تكون بين الجسيمات الأساسية، ولكن بأجراء عمليات خاصة، فهي يمكن أن تسبب لهذه الجسيمات عملية تحلل إشعاعي أو أي تفاعل معين.
3. قوة جذب
تكون بين جسمين وتؤثر عليهما وذلك بسبب الجاذبية بينهما.
4. قوة كهرومغناطيسية
وهي التي تتضمن تفاعلات كهربائية ومغناطيسية أساسية، وعملها الأساسي ارتباط الذرات إضافةً إلى بنية المواد الصلبة، ومثال عليها القوة المؤثرة على مغناطيسين ولكن غير متلامسين.
آثار القوة على الجسم
على الرغم من أنَّنا لا نرى القوة إلا أنَّنا نشعر بتأثيرها علينا، حيث إنَّ كل حركة نقوم بها ناتجة عن نوع من أنواع القوة، فهي التي تدفعنا للتحرك أو تجعلنا نتوقف عن الحركة ويمكن تغيير اتجاهنا من خلالها أو سرعتنا.
علاوة على ذلك، تجعلنا القوة نحافظ على توازن جسمنا فهي ناتجة عن تأثير جسم آخر.
ومن تأثير القوة على الجسم تماسك بنية الجسم وذلك من خلال انقباض العضلات، فالقوة تؤثر على سحب العظام، وهذا ما يجعل العظم يتحرك نحو المفصل، ثم تقاوم القوى الداخلية القوة الخارجية، مما يؤدي إلى تماسك البنية.
قانون القوة
ينصُّ قانون القوة على أنَّها تساوي كتلة الجسم مضروبة في التسارع وواحدتها النيوتن نسبة للعالم إسحاق نيوتن، إذ إنّه وضع قوانين بناءً على نظريات يوضح من خلالها حركة الأجسام والكائنات، ولخَّص جميع أبحاثه في علم القوة من خلال ثلاثة قوانين وهذه القوانين هي:
1. قانون نيوتن الأول
ينص قانون نيوتن الأول على أنَّ “الجسم الساكن يبقى ساكناً والجسم المتحرك يبقى متحركاً مالم تؤثر عليه قوة خارجية تدفعه أو تسحبه”.
يمكن تفسير هذا القانون بأنّ الجسم يبقى محافظاً على حركته ولكن بشرط أن تكون القوة الخارجية صفراً، لكن في حال تغيرت القوة الخارجية، هذا يعني أنَّ الحالة الحركية ستتحول من السكون إلى حالة الحركة، وهذا ما يفسر أن الجسم لا يستطيع أن يغيِّر حركاته وسرعته لوحده.
2. قانون نيوتن الثاني
ينص قانون نيوتن الثاني على أن “تسارع أي جسم ناتج عن قوة مؤثرة عليه، يتناسب تناسباً عكسياً مع كتلة الجسم، وطردياً مع مقدار القوة وفي نفس اتجاهها”.
ويمكن من خلال القانون حساب القوة وهي تساوي الكتلة ضرب التسارع.
3. قانون نيوتن الثالث
ينص القانون أنَّ “لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه”.
وُجد هذا القانون للتعبير عن ردود الفعل الناتجة عند تأثير بقوة من جسم لجسم آخر، هذا يعني أنّ أي قوة أثرت في الجسم، فهذا الجسم سيؤثر مباشرة بقوة تعادل القوة التي تم بذلها ولكن تعاكسها في الاتجاه.
أمثلة على القوة في الحياة اليومية
جميع أفعالنا في حياتنا اليومية ناتجة عن تعريف القوة، فلا بدّ من تطبيق أي نوع من أنواع القوى على أفعالنا، وهذه بعض النماذج:
أمثلة على قانون القوة الأول
- سير سيارة بخط مستقيم بسرعة واتجاه واحد، إلى أنْ اصطدمت السيارة في حائط وهذا ما يجعلها تتوقف عن الحركة بشكل كلي وهنا يتغير من سرعتها والاتجاه الذي تسير فيه.
- عند وضع فنجان القهوة على الطاولة فهذا يعني أنه يحافظ على سكونه إلى أن تمسكه بيدك، إذ إنّ يدك هناك تدعى قوى خارجية وهنا نقلت الفنجان من حالة السكون إلى حالة الحركة وهذه الحالة أطلق عليها نيوتن اسم القصور الذاتي.
- في سباق الماراثون يستمر المتسابقون في الركض بعد خط النهاية بفترة قصيرة لأمتار محدودة، وتم تفسير هذه الظاهرة بأنّ أجسامهم قامت بمقاومة التغيير المفاجئ الحاصل في حالة الحركة بعد الاعتياد عليها، ونتجت هذه المقاومة عن رفض الجسم لتغيير حالته الحركية.
- عند رمي كرة القدم بشكل عمودي، تحافظ الكرة على ارتفاعها نحو الأعلى ما لم تؤثر فيها قوة خارجية تجعلها تغيِّر حركتها، إذ إنّه كل ما ازداد ارتفاعها، تزداد القوة، كما تؤثر على الكرة نوع من أنواع القوى تدعى قوة الجاذبية الأرضية، تجعلها تغيّر من اتجاه حركتها وتعود مباشرة نحو الأسفل.
أمثلة على قانون القوة الثاني
عند إطلاق صاروخ فهو يحتاج إلى قوة دفع لزيادة سرعته وقدرته كي يخرج من مجال الجاذبية الأرضية ويتمكن من الوصول إلى الفضاء.
أمثلة على قانون القوة الثالث
- عندما يمشي الإنسان على الأرض تسحبه قوة الجاذبية الأرضية نحو الأسفل، ولكن سرعان ما تقوم الأرض بدفعه نحو الأعلى.
- عند دفع عربة التسوُّق فهذه العربة تقوم بدفع صاحبها إلى الاتجاه المعاكس.
في الختام
في ختام المقال، نكون قد ذكرنا في أنواع القوى إضافةً إلى تعريف القوة وقوانينها الثلاثة التي تم إدراجها من قِبل العالِم إسحاق نيوتن الذي بيَّن للعالَم أنَّ جميع حركاتنا وأفعالنا ناتجةٌ عن تأثير فيزيائي عليها.
