الدرس الثاني: القوى والحركة (١)

تدور فكرة الدرس حول القوى وكيف تؤثر في حركة الأجسام من خلال السحب والدفع، مع قياسها بوحدة النيوتن. يوضح الدرس أن القوى المتزنة تبقي الجسم الساكن ساكناً أو المتحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة، بينما القوى غير المتزنة تغير حركة الجسم وتكسبه تسارعاً. كما يتعرف الطالب على الجاذبية التي تجذب الأجسام نحو الأرض، والاحتكاك ومقاومة الهواء اللذين يعيقان الحركة، إضافة إلى قوانين نيوتن للحركة وقصورها الذاتي. ومثال ذلك: عندما تدفع سيارة بزيادة قوة المحرك لتصبح أكبر من قوة الاحتكاك، تصبح القوى غير متزنة وتتغير حركة السيارة لتتسارع.

الفكرة الأساسية

تدور فكرة الدرس حول تأثير القوى في حركة الأجسام، وكيف تتفاعل قوى السحب والدفع والجاذبية والاحتكاك ومقاومة الهواء لتغير حركة الأجسام أو تبقيها ثابثة وفقاً لقوانين نيوتن.

الشرح

القوة هي أي عملية دفع أو سحب يؤثر بها جسم في جسم آخر، وتقاس بوحدة النيوتن. عندما ترسم سهماً لتعبر عن القوة فإنك ترسمه لتوضح مقدار القوة واتجاهها. الجاذبية هي قوة تجذب جميع الأجسام بعضها إلى بعض، وتعتمد على كتلة الجسمين والمسافة بينهما؛ فكلما زادت الكتلة زادت قوة الجذب، وكلما زادت المسافة قلّت قوة الجذب. الاحتكاك هو قوة تنشأ بين سطحي جسمين متماسين وتعيق حركتهما، ويزيد الاحتكاك بزيادة خشونة السطح وزدان وزن الجسم المتحرك. ومقاومة الهواء هي قوة سحب تنتج عن اصطدام الجسم بالهواء وتعيق حركته. القانون الأول لنيوتن ينص على أن الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً بنفس السرعة والاتجاه في خط مستقيم ما لم تؤثر فيه قوة غير متزنة، وهذه الخاصة تسمى القصور الذاتي. القانون الثاني لنيوتن ينص على أنه إذا أثرت قوة غير متزنة في جسم فإنها تكسبه تسارعاً في اتجاهها، ويزداد بزيادة القوة غير المتزنة، ويعبر عنه بالعلاقة: ق = ك × ت.

مثال محلول خطوة بخطوة

إذا أثرت قوة غير متزنة مقدارها $20$ نيوتن في عربة كتلتها $4$ كيلوجرامات، فما تسارع العربة؟ الخطوة الأولى: حدد المعطيات من القانون الثاني لنيوتن (ق = ك × ت). القوة (ق) تساوي $20$ نيوتن، والكتلة (ك) تساوي $4$ كيلوجرامات. الخطوة الثانية: اعوض في المعادلة لإيجاد التسارع (ت). $20 = 4 \times ت$ الخطوة الثالثة: احسب الناتج بقسمة الطرفين على $4$. $ت = 20 \div 4 = 5$ متر لكل ثانية مربعة.

أخطاء شائعة

• الاعتقاد بأن الجسم المتحرك يتوقف تلقائياً من تلقاء نفسه دون الحاجة لوجود قوة تعيق حركته، والصحيح أن قوى الاحتكاك أو مقاومة الهواء هي التي توقفه.
• الخلط بين القوى المتزنة والقوى غير المتزنة؛ فالقوى المتزنة لا تغير حركة الجسم بينما القوى غير المتزنة تغير حركة الجسم وتكسبه تسارعاً.
• الاعتقاد أن الجاذبية تنعدم بين الأجسام الصغيرة، والصحيح أن الجاذبية موجودة بين كل الأجسام ولكن أثرها يكون ضعيفاً جداً لا يلاحظ إلا في الأجسام ذات الكتل الهائلة.

سؤالان للتدريب مع الإجابة

السؤال الأول: ماذا يحدث لسرعة سيارة إذا زاد السائق قوة دفع المحرك لتصبح أكبر من قوة الاحتكاك؟ الإجابة: تصبح القوى المؤثرة في السيارة غير متزنة، وتؤدي هذه القوة إلى تغيير حركة الجسم وتتسارع السيارة. السؤال الثاني: لماذا يكون تحريك جسم على سطح أملس أسهل من تحريكه على سطح خشن؟ الإجابة: لأن قوة الاحتكاك تعتمد على خشونة السطح، وكلما كان السطح أملس قلّت قوة الاحتكاك ويسهل تحريك الجسم.