قوانين نيوتن والقوى

القوة مؤثّرٌ يغيّر حالة الجسم الحركية، ووحدتها النيوتن (N). وتربط قوانينُ نيوتن الثلاثةُ بين القوة وحركة الجسم:

• القصور الذاتي ممانعةُ الجسم لأيِّ تغيّرٍ في حالته الحركية (مثال: اندفاع الراكب للأمام عند توقّف السيارة فجأة).
• الاتزان الانتقالي: يكون الجسم متّزنًا إذا انعدمت محصّلة القوى فيه (ΣF = 0)، وذلك إمّا أن يكون ساكنًا أو يتحرّك بسرعةٍ ثابتة.
• مثالٌ على الفعل ورد الفعل (القانون الثالث): ارتداد المدفع للخلف عند انطلاق القذيفة للأمام.

وتُصنَّف القوى المؤثّرة في الأجسام إلى نوعين رئيسين:

ولوصف القوى المؤثّرة في الجسم نستعمل المفاهيم الآتية:

• مخطّط الجسم الحرّ نموذجٌ فيزيائيٌّ يُمثَّل فيه الجسمُ بنقطةٍ وتُرسَم عليه جميعُ القوى المؤثّرة فيه بأسهمٍ متّجهة.
• النظام هو الجسم (أو الأجسام) الذي ندرس القوى المؤثّرة فيه، والمحيط الخارجي كلُّ ما حوله ويؤثّر فيه بقوّةٍ (مثل اليد والأرض والجاذبية).
• وحدة القوة مشتقّة: النيوتن = kg · m/s².

الوزن (F_g)

وزن الجسم هو قوةُ جذب الأرض له، ويتّجه دائمًا نحو مركز الأرض:

القوة العمودية (F_N)

القوة العمودية قوةُ تلامسٍ يؤثّر بها سطحٌ في جسمٍ ملامسٍ له، وتكون عموديةً دائمًا على مستوى التلامس. ويتوقّف مقدارها على القوى الأخرى المؤثّرة عموديًّا، في ثلاث حالات:

الحالة الأولى — لا قوى عموديةً أخرى: القوة العمودية تساوي الوزن.

الحالة الثانية — قوةٌ إضافيةٌ لأسفل F₁: القوة العمودية تزداد.

الحالة الثالثة — قوةٌ إضافيةٌ لأعلى F₁: القوة العمودية تنقص.

قوة الشدّ (F_T)

قوة الشدّ هي القوة التي يؤثّر بها خيطٌ أو حبلٌ مشدودٌ في جسمٍ معلّقٍ به، وتتّجه على امتداد الحبل بعيدًا عن الجسم. ففي دلوٍ معلّقٍ ساكنٍ تتوازن قوة الشدّ مع الوزن: