ملخص الفصل ٤: القوى في بعد واحد

4-1 القوة والحركة

• القوة دفع أو سحب لها مقدار واتجاه وتُقاس بالنيوتن N حيث 1 N = 1 kg·m/s²، وتنقسم إلى قوى تلامس وقوى مجال مثل الجاذبية، ونمثلها بمخطط الجسم الحر.
• قانون نيوتن الثاني: تسارع الجسم يساوي القوة المحصلة المؤثرة فيه مقسومة على كتلته، a = Fnet/m أو Fnet = ma، والقوة المحصلة هي المجموع الاتجاهي للقوى.
• قانون نيوتن الأول (قانون القصور الذاتي): يبقى الجسم ساكنًا أو متحركًا بسرعة ثابتة في خط مستقيم ما دامت القوة المحصلة عليه صفرًا، ويكون حينئذ في حالة اتزان.

راجع صفحة ٩٥ في الكتاب

4-2 استخدام قوانين نيوتن

• وزن الجسم هو قوة جذب الأرض له Fg = mg، حيث m الكتلة بوحدة kg و g = 9.80 m/s²، فالوزن يتغير بتغير الجاذبية بينما تبقى الكتلة ثابتة.
• الوزن الظاهري هو القوة التي يقرؤها الميزان أو التي نحس بها، ويزيد على الوزن الحقيقي عند التسارع إلى أعلى ويقل عنه عند التسارع إلى أسفل.
• القوة المعيقة يؤثر بها المائع في الجسم المتحرك فيه وتزداد بزيادة سرعته؛ وعندما تساوي وزن الجسم الساقط تصبح القوة المحصلة صفرًا فيتحرك بسرعة ثابتة هي السرعة الحدية.

راجع صفحة ١٠٥ في الكتاب

4-3 قوى التأثير المتبادل

• قانون نيوتن الثالث: إذا أثر جسم في آخر بقوة أثر الثاني في الأول بقوة مساوية لها في المقدار ومعاكسة في الاتجاه، FA على B = − FB على A.
• زوجا التأثير المتبادل يؤثران في جسمين مختلفين، لذلك لا يلغي أحدهما الآخر، ولا يظهران معًا في مخطط الجسم الحر لجسم واحد.
• قوة الشد هي القوة التي يؤثر بها حبل أو خيط مشدود، والقوة العمودية هي قوة تلامس يؤثر بها السطح في الجسم عموديًا عليه، ولا تساوي الوزن دائمًا.

راجع صفحة ١١٢ في الكتاب

مثال محلول

يقف شخص كتلته 50 kg على ميزان داخل مصعد يتسارع إلى أعلى بمقدار 2.0 m/s². ما قراءة الميزان (الوزن الظاهري)؟ استخدم g = 9.80 m/s².

1. نختار الاتجاه الموجب إلى أعلى، والقوتان المؤثرتان هما قوة الميزان Fscale إلى أعلى والوزن Fg = mg إلى أسفل.
2. الوزن: Fg = mg = 50 kg × 9.80 m/s² = 490 N.
3. من قانون نيوتن الثاني: Fscale − Fg = ma، إذن Fscale = m(g + a) = 50 kg × (9.80 + 2.0) m/s² = 590 N.
4. تحقق: القوة المحصلة 590 N − 490 N = 100 N، و ma = 50 kg × 2.0 m/s² = 100 N، والقراءة أكبر من الوزن كما نتوقع عند التسارع إلى أعلى.

الإجابة: 590 N