قانون نيوتن الأول: القصور الذاتي وتطبيقاته

لمحة عن حياة نيوتن

يُعتبر السير إسحاق نيوتن من أبرز العقول العلمية التي عرفها التاريخ. وُلِد نيوتن في الرابع من يناير عام 1643 وفقًا للتقويم الغريغوري في مقاطعة لينكولنشاير بإنجلترا. في البداية، كانت والدته ترغب في أن يعمل في مجال الزراعة، ولكن بعد أن لاحظت قدراته الاستثنائية، قررت إعداده للدراسة. التحق نيوتن بجامعة كامبريدج عام 1661.

اشتهر نيوتن بابتكاره حساب التفاضل والتكامل، وصياغة نظرية الجاذبية الأرضية. كما قدم مساهمات كبيرة في مختلف فروع الفيزياء، وقد ألفت العديد من الكتب الفيزيائية بناءً على اكتشافاته، مثل كتاب الميكانيكا النيوتونية وكتاب العلم النيوتوني.

تعريف قانون نيوتن الأول

يُعرف قانون نيوتن الأول أيضًا باسم قانون القصور الذاتي. وينص هذا القانون على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تحركه، والجسم المتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم يبقى متحركًا بنفس السرعة وفي نفس الاتجاه ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته الحركية.

تبسيط وشرح قانون نيوتن الأول

يتضمن قانون نيوتن الأول جزأين أساسيين وشرطًا ضروريًا. الجزء الأول يتعلق بالجسم الساكن، حيث يتوقع القانون بقاء الجسم في حالة سكون ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. أما الجزء الثاني، فيتعلق بالجسم المتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم، حيث يتوقع القانون استمرار الجسم في حركته بنفس السرعة والاتجاه ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.

الشرط الأساسي في القانون هو أن كلا الجسمين، الساكن والمتحرك، سيبقيان على حالتهما ما لم تؤثر عليهما أي قوة خارجية. يمكن القول أن الجسم الساكن يمتلك سرعة تساوي صفر متر لكل ثانية، وتسارع يساوي صفر متر لكل ثانية مربعة، وبما أنه سيبقى ثابتًا، فإن سرعته ستبقى مساوية للصفر. أما الجسم المتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم، فإنه يمتلك سرعة لا تساوي صفر متر لكل ثانية، وتسارع يساوي صفر متر لكل ثانية مربعة، وبما أنه سيبقى على حاله، فستبقى سرعته وتسارعه بنفس القيمة. فإذا كان الجسم المتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم يمتلك سرعة تساوي 5 متر لكل ثانية نحو الشرق، فإنه سيبقى يتحرك بسرعة 5 متر لكل ثانية نحو الشرق ما لم تؤثر به قوة خارجية.

فهم معنى القوة الخارجية

بشكل عام، تعني القوة تأثير جسم على جسم آخر إما عن طريق دفعه أو سحبه. تُقاس وحدة القوة بوحدة النيوتن. أما بالنسبة للقوة الخارجية، فهي القوة التي تنشأ من جسم خارجي، وليست من داخل الجسم نفسه. قوة الجسم الداخلية لا تؤثر في حالته الحركية. على سبيل المثال، قوة الجاذبية الأرضية المؤثرة على القمر هي قوة خارجية، بينما القوة الجاذبية الخاصة بنواة القمر والتي تؤثر على سطح القمر فهي قوة داخلية وليست قوة خارجية.

كيفية حساب القوة المحصلة المؤثرة على الجسم

يُرمز للقوة الكلية أو القوة المحصلة المؤثرة على الجسم بالرمز Σق، والتي تعني مجموع القوى المؤثرة على جسم ما. إذا أثرت مجموعة قوى على جسم ما، فإن القوة المحصلة ستكون مجموع كل قوة من هذه القوى، مع الأخذ في الاعتبار أن القوة عبارة عن كمية متجهة، مما يعني أنه يجب جمع القوى المؤثرة على الجسم ككميات متجهة وليس كميات قياسية. على سبيل المثال: إذا كان هناك صندوق أثرت عليه قوة مقدارها 45 نيوتن دفعته باتجاه اليمين، ثم أثرت على نفس الصندوق قوة مقدارها 30 نيوتن دفعته باتجاه اليسار، فإن القوة المحصلة على هذا الصندوق ستكون القوة الأكبر مطروحًا منها القوة الأصغر، وسيكون اتجاه الحركة بنفس اتجاه القوة الأكبر:

Σق = 45 – 30 = 15 نيوتن باتجاه اليمين

نظرة على قانوني نيوتن الآخرين

فيما يلي نص قانوني نيوتن الثاني والثالث:

القانون الثاني لنيوتن: إذا أثرت قوة مَا على جسم ما فإنها تُكسِبُه تَسارعاً يتناسب تنَاسُباً طردياً مع مِقدار القوة وعكسياً معكُتلته.

القانون الثالث لنيوتن: لكلّ فعل رد فعل مساوِ له في المقدار ومُعاكس له في الاتجاه.

المراجع

• Sir Isaac Newton, lemelson.mit.edu
• Isaac Newton, plato.stanford.edu, 19-12-2007
• Newton’s Laws – Lesson 1 – Newton’s First Law of Motion, www.physicsclassroom.com
• What is Newton’s first law?, www.khanacademy.org/
• Force, Mass & Acceleration: Newton’s Second Law of Motion, www.livescience.com, 26-6-2017
• Newton’s Laws, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu