إسحاق نيوتن: نبذة مختصرة
السير إسحاق نيوتن، عالم إنجليزي لامع، عاش في الفترة بين القرنين السابع عشر والثامن عشر (1642-1727). برع في مجالات الفيزياء الرياضية والرياضيات. عمل أستاذاً للرياضيات في جامعة كامبريدج، وتولى رئاسة الجمعية الملكية، كما شغل منصباً في دار سك العملة، ثم أصبح رئيساً لها. كان لإسحاق نيوتن إسهامات عظيمة في مجالات علمية مختلفة، منها التفاضل والتكامل في الرياضيات، وعلم البصريات، وعلم الكيمياء.
أدت اكتشافاته، التي جمعها في كتابه عن الميكانيكا الكلاسيكية، إلى تحفيز العلماء على استخدامها في اختراعاتهم. كما شكلت اكتشافاته الأساس الذي بنيت عليه العلوم الأخرى. قصة التفاحة الشهيرة ارتبطت باسم إسحاق نيوتن، حيث تذكر المصادر التاريخية أنه بينما كان جالساً تحت شجرة تفاح، سقطت تفاحة على رأسه، مما أثار تساؤلاته حول سبب سقوطها، ومن هنا بدأت أبحاثه التي قادته إلى اكتشاف الجاذبية الأرضية.
اكتشافه لقوانين الحركة الثلاثة عام (1687) والتي لا تزال أساساً لعلوم الفيزياء، أضاف إلى إنجازاته العلمية نجاحاً كبيراً. توضح هذه القوانين حركة الأجسام والقوى المؤثرة بينها.
قوانين الحركة لنيوتن
فيما يلي شرح مبسط للقوانين الثلاثة للحركة:
القانون الأول: قانون القصور الذاتي
ينص القانون الأول لنيوتن، المعروف أيضاً بقانون القصور الذاتي، على أن الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرك يبقى متحركاً بسرعة ثابتة وفي خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته الحركية. وهذا يعني أن الأجسام تميل إلى مقاومة أي تغيير في حالتها الحركية.
على سبيل المثال، إذا دحرجنا كرة على سطح مستو، فإنها ستستمر في الحركة بسرعة ثابتة وفي خط مستقيم إلى الأبد، إذا لم توجد قوى خارجية تؤثر عليها. ولكن في الواقع، توجد قوى مثل الاحتكاك مع السطح ومقاومة الهواء، التي تبطئ من حركة الكرة تدريجياً حتى تتوقف.
القانون الثاني: قانون التسارع
يقدم نيوتن في قانونه الثاني مفهوم التسارع، موضحاً العلاقة بين تسارع الجسم وكتلته والقوة المؤثرة عليه. يمكننا حساب محصلة القوى المؤثرة على جسم ما عن طريق حساب تسارع هذا الجسم. وتنص المعادلة على أن القوة (Force) تساوي كتلة الجسم مضروبة في تسارعه:
القوة = الكتلة × التسارع أو F = ma
لا يقتصر استخدام هذا القانون على حل المسائل الفيزيائية البسيطة، بل يتعدى ذلك ليشمل حساب قوى الحركات الدائرية وحسابات الفلك وغيرها من التطبيقات الهامة.
القانون الثالث: قانون الفعل ورد الفعل
ينص القانون الثالث لنيوتن على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. وهذا يعني أنه عندما يؤثر جسم بقوة على جسم آخر، فإن الجسم الثاني يؤثر بقوة مساوية ومعاكسة على الجسم الأول.
مثال: عندما نقف على الأرض، فإننا نؤثر عليها بقوة وزننا، وفي المقابل، تؤثر الأرض علينا بقوة رد فعل مساوية ومعاكسة تمنعنا من الغوص فيها. هذه القوى تعتبر قوى وهمية لأننا عادة نهملها في حسابات الحركة، بالرغم من أهميتها وتأثيرها الواقعي. نستطيع اعتبار أن الحركة الدائرية المتشكلة للقوة الطاردة عن المركز هي قوى الجذب المركزي.
قال تعالى:
“فَمَن يَعْمَلْ مِثْقَالَ ذَرَّةٍ خَيْرًا يَرَهُ * وَمَن يَعْمَلْ مِثْقَالَ ذَرَّةٍ شَرًّا يَرَهُ” (سورة الزلزلة، الآية 7-8).
هذه الآية الكريمة تعكس مبدأ الفعل ورد الفعل على مستوى أعم وأشمل.
حدود قوانين نيوتن
على الرغم من أهمية قوانين نيوتن في فهم حركة الأجسام، إلا أنها لا تنطبق على جميع الظروف. في المستويات الذرية الصغيرة جداً، تحل الميكانيكا الكمية محل قوانين نيوتن. كذلك، في المجالات الكهرومغناطيسية، قد لا تكون قوانين نيوتن دقيقة تماماً. بالإضافة إلى ذلك، لا تنطبق هذه القوانين بشكل كامل على الأجسام التي تفصلها مسافات كبيرة جداً عن بعضها البعض، وذلك بسبب تأثير سرعة الضوء التي تتطلب فترة زمنية محددة لتأثير جسم على آخر.
