ما هو قانون نيوتن الاول ؟

يعد قانون نيوتن الاول من ضمن قوانين نيوتن للحركة هي ثلاثة قوانين فيزيائية تدعم علم الحركية وهذه القوانين تربط القوى المؤثرة على الجسم بحركته. هذه القوانين مهمة للغاية لأنها أساس الميكانيكا الكلاسيكية وهو أحد الفروع الرئيسية للفيزياء، و كان إسحاق نيوتن هو من وضع هذه القوانين وتم استخدم هذه القوانين النظم والظواهر الفيزيائية أي يمكننا القول أن قوانين نيوتن لها دور رئيسي في شرح معظم الأشياء التي نختبرها يوميًا والآن سوف نوضح كل ما يتعلق بقانون نيوتن الاول عبر مقالنا التالي في مختلفون.

العظيم إسحاق نيوتن

لنتحدث عن الميكانيكا الكلاسيكية وقوانين نيوتن للحركة. أول شيء يجب أن تعرفه هو أن الرجل الذي كتب قوانين الحركة يُدعى إسحاق نيوتن. ولد في 25 ديسمبر 1643 في إنجلترا و أصبح عالمًا مشهورًا لأنه كتب عن الجاذبية وموضوعات علمية أخرى.

نشر إسحاق نيوتن قوانينه للحركة في كتاب بعنوان “المبادئ الرياضية للرياضيات” في ذلك يشرح قوانين الحركة لأول مرة. كما أثبت العديد من الظواهر الفيزيائية من هذه القوانين من هذا العمل تأسست الميكانيكا الكلاسيكية ،بالإضافة إلى قانون الجاذبية الكونية ،قادرة على تفسير قوانين كبلر لحركة الكواكب و لا تزال هذه القوانين من بين أهم القوانين الفيزيائية التي تم اكتشافها على الإطلاق.

نص قانون نيوتن الاول

الآن سوف نعرف ما هو قانون نيوتن الأول ،والذي ينص على الشرح التالي:

شرح قانون نيوتن الاول

هذا يعني أن الحركة لا يمكن أن تتغير أو تنقص دون تأثير قوة غير متوازنة. إذا لم يحدث لك شيء ولم يحدث شيء ،فلن تتحرك أبدًا. إذا حدث لك شيء ما ،ما لم يتغير أو ينقص ،فستذهب في هذا الاتجاه إلى الأبد.

أي عندما تكون القوة الكلية المؤثرة على الجسم تساوي صفرًا ،فإن سرعة الجسم المعني تكون ثابتة.

السرعة هي كمية متجهة يتم التعبير عنها كمقدار (وهو سرعة الجسم) واتجاه (وهو اتجاه حركة الجسم). عندما نقول أن سرعة جسم ما ثابتة فإننا نعني أن كلاً من الحجم والاتجاه ثابتان.

سنعرض لك مثالاً جيدًا على كيفية تحرك الأجسام في الفضاء هل سبق لك أن لاحظت أن أدوات رواد الفضاء تطفو وتبقى في مكان واحد؟ يمكنهم فقط وضعها في الكاميرا وستبقى ،لأنه لا توجد قوة يمكنها تغيير هذا الوضع وينطبق الشيء نفسه عندما يرمون أشياء على الكاميرا.الطفو الحر سيستمر هذا الجسم في التحرك في نفس الاتجاه وبنفس السرعة ما لم يتم التداخل معه.

معادلة قانون نيوتن الأول

يمكن كتابة قانون نيوتن الأول على النحو التالي:

حيث أن :

V هي سرعة الجسم

t هو الزمن

F هي القوة

هذا يعني أن الجسم الثابت لن يغير موضعه ما لم يتم التصرف بناءً عليه من قبل قوة خارجية ،ولن يغير الجسم المتحرك سرعته طالما لم تؤثر عليه قوى خارجية.

القصور الذاتي

يُعرف قانون إسحاق نيوتن الأول باسم قانون القصور الذاتي ،ومبدأ القصور الذاتي هو أحد المبادئ الأساسية في الفيزياء الكلاسيكية التي لا تزال تستخدم حتى اليوم لوصف حركة الأشياء.

من أهم خصائص أي جسم مقاومة أي تغيرات في سرعته. الميل هو أن يظل الجسم في خط مستقيم بسرعة ثابتة ،وهي سرعته ،في حالة عدم وجود قوى تؤثر عليه.

اقرأ ايضًا: احسب عمري هجري 1443 – 2021

 عرّف إسحاق نيوتن القصور الذاتي على أنه :

(قوة المادة هي القوة التي يقاوم بها أي جسم من قبل البيئة المحيطة ،تقاوم أي تغيير في حالته) كمايمكن استخدام كلمة القصور الذاتي لوصف المقاومة التي يحتاجها الجسم لتغيير السرعة “. أو “مقاومة التغيير في الحركة” و يمكن تلخيص ما سبق من خلال الرسم التوضيحي التالي:

أنواع القصور الذاتي

• القصور الذاتي للراحة أو السكون

سيبقى الكائن في مكانه ،وسيبقى في مكانه حتى تحركه أو أي شيء آخر.

• القصور الذاتي للحركة

سيستمر الجسم بنفس السرعة حتى تؤثر عليه قوة.

• القصور الذاتي للاتجاه

سيظل الجسم يتحرك في نفس الاتجاه ما لم تعمل عليه قوة.

العلاقة بين كتلة الجسم و القصور الذاتي

إذا تخيلنا أن هناك كرتان ثابتتان أحدهما عبارة عن كرة تنس طاولة 3g والآخر عبارة عن كرة بولينج 8 كجم. إذا اضطررت إلى دحرجة الكرة بعيدًا عنك ،فسيكون من الصعب جدًا دحرجة كرة البولينج بدلاً من دحرجة كرة تنس الطاولة. بمعنى آخر ،القوة اللازمة لبدء كرة البولينج كرة تنس الطاولة.

هذا لأن كرة البولينج تحاول الحفاظ على حالتها الحالية من الراحة أكثر من كرة تنس الطاولة. أي أنه يحتوي على قدر أكبر من القصور الذاتي وهذا لأنه يحتوي على كتلة أكبر.

كلما زادت كتلة الجسم ،زاد وزنه. على الرغم من أن وزن الجسم لا يزداد تمامًا عندما يكتسب كتلة أكبر ،إلا أنه يمكن إدراكه على هذا النحو بسبب قصوره الذاتي الأكبر هذا يعني أنه كلما زادت كتلة الجسم ،كلما استغرق الأمر وقتًا أطول حتى يتوقف هذا الكائن عن الحركة تمامًا.

أهم العوامل التي تؤثر على القصور الذاتي

1. وزن الجسم

2. كمية الطاقة المطبقة على الجسم عندما يكون في حالة حركة

3. السرعة التي يتحرك بها الجسم

‌كتلة الجسم
كما ناقشنا سابقًا ،كلما زادت كتلة الجسم ،زادت جموده. بمعنى آخر ،كلما زادت كتلة الشيء ،زادت صعوبة تحريكه.

‌حالة الجسم أو وضعه

يمكن تسريع الأشياء التي يتم دفعها أو سحبها إلى سرعات مختلفة اعتمادًا على مقدار القوة المستخدمة.

طبيعة الحركة

تعتمد القوة التي يبذلها الجسم على جسم ما على السطح الذي يلمسه الجسم. إذا كان السطح أملسًا ،فستكون هناك حاجة إلى قوة أقل للتغلب على القصور الذاتي، إذا كان السطح خشنًا ،فستكون هناك حاجة إلى مزيد من القوة للتغلب على القصور الذاتي.

اقرأ ايضًا : ماذا يحدث عندما تنتقل الجزيئات المتصادمة الطاقة في 5 دقائق

 قاعدة الارتكاز واتجاهها

عند رفع الأثقال الثقيلة يجب على اللاعب تقليل تأثير قوة الخصم بكمية كبيرة من القوة أيضًا في الملاكمة ،يجب على اللاعب الاستعداد للقتال من خلال اتخاذ موقف مفيد و هذا يسمح له بالحفاظ على توازنه أثناء القتال ،وكذلك لمنعه من السقوط بسهولة. تحدد القاعدة المحورية زاوية سقوطها.

لفهم كل هذا بشكل أفضل ،يمكنك تجربة معاملات براكسيلابس الافتراضية في الفيزياء الكلاسيكية و كل ما عليك فعله هو إلقاء نظرة على ما يلي انشاء حساب مجاني

أمثلة على قانون نيوتن الأول (القصور الذاتي)

• تستمر المروحة الكهربائية في الدوران بعد انقطاع التيار الكهربائي.
• انحن للخلف عندما تبدأ الحافلة المتوقفة في التحرك.
• إذا تم وضع بطاقة فوق كوب زجاجي وعليها عملة معدنية ،فيمكن إزالة البطاقة بسرعة بينما تسقط العملة المعدنية في الكوب مباشرةً. يوضح هذا القصور الذاتي ،أو ميل كائن أو نظام إلى الاستمرار في التحرك في اتجاهه الأصلي بعد تأثره بقوى خارجية.
• إذا كانت الكرة على سطح مائل وتركتها تذهب ،فإن الجاذبية ستجعلها تتدحرج عن المنحدر.
• يحدث هذا القصور الذاتي لذلك إذا كانت هناك منطقة مسطحة أسفل المنحدر ،فلن تتوقف الكرة عن التدحرج في مسارها.
• إذا ألقيت لعبة في الهواء على قطار متحرك ،فإنها سترتفع بشكل مستقيم ثم تهبط. هذا لأن اللعبة لديها القصور الذاتي مثل القطار وأنت.
• إذا قفزت من مركبة متحركة ،فلن يتوقف جسدك عن الحركة عندما تهبط ،ستؤثر الأرض على قدميك وتوقف حركتك ،لكن الجزء العلوي من جسمك سيستمر في الحركة لأنه لم يتوقف على الإطلاق.
• استخدم أحزمة المقاعد لمواجهة هذا الميل للبقاء في الحركة. يستخدم حزام الأمان القوة على الشخص لمنعه من الخروج من السيارة. أفضل من أحزمة المقاعد هي الأكياس الهوائية أو الوسائد الهوائية للسيارات ،والتي تستخدم قوة أقل على الشخص ولكن على مساحة أكبر من حزام الأمان ،لذا فهي تحمي الشخص في مناطق أكثر.

أمثلة على قانون نيوتن الأول للحركة في حياتنا اليومية

تحدث الأشياء من حولنا يوميًا ليتم شرحها من خلال قانون نيوتن الأول ،على سبيل المثال:

• يبقى الكتاب الثابت على المنضدة في مكانه ما لم تتم إزالته.
• يندفع الدم من رأسك إلى قدميك حيث يتوقف المصعد سريعًا في أسفل العمود.
• يمكن ثني رأس المطرقة على المقبض الخشبي بضرب الجزء السفلي من المقبض على سطح صلب.
• تغيير حركة الطائرة الورقية حسب حالة الطقس.

تُستخدم قوانين نيوتن للحركة يوميًا بعدة طرق. أولاً ،يصفون موقفًا تتدحرج فيه السيارة على تل ،وتبدأ السيارة في التباطؤ. يتناقص مقدار الزخم مع انخفاض سرعة الدوران. ثانيًا ،يتم تطبيق قانون القصور الذاتي لنيوتن عندما يسقط شخص من على سلم أو ينزلق لأسفل

لذلك إذا كانت عليك هذا التطبيق عليك استخدام كيفية تطبيق القانون أو استخدامه وسنشرح المثالين التاليين بشيء من التفصيل.

1- القفز بمظلة من طائرة

إذا تخيلنا شخصًا يقفز من مستوى يتحرك أفقيًا. السرعة الرأسية الأولية للشخص تساوي صفرًا. ومع ذلك ،سيتم التأثير على الفور من خلال قوة وزنها التي تعمل بشكل عمودي لأسفل ،وبما أن هذه القوة ليست صفراً ،فسوف تتسارع إلى أسفل. مع تسريع هو أو هي ،تزداد مقاومة الهواء. لن تزيد السرعة إلى أجل غير مسمى.

في النهاية ستزداد مقاومة الهواء حتى تساوي وزنه و في هذه المرحلة ستكون القوة المحصلة على الشخص صفرًا وسيتوقفون عن التسارع وبدلاً من ذلك ،سيستمرون في السقوط بسرعة ثابتة أو نهائية، و عندما يسحب الرجل الحبل ويفتح المظلة ،تزداد مقاومة الهواء فجأة مع انخفاض السرعة ،سيبدأ الشخص في التباطؤ. عندما لا تكون مقاومة الهواء موجودة ،فإن سرعة السقوط مرة أخرى متساوية وثابتة.

2- سيارة متوقفة على تل

بالنسبة لسيارة متوقفة على تل ،فإن مجموع القوى الثلاث (الاحتكاك الساكن ،الاحتكاك المتدحرج ،والقوة العادية) يساوي صفرًا. يوازن الاحتكاك الساكن عنصر الوزن أسفل المنحدر. إذا كانت السيارة تتحرك بسرعة ثابتة ،فيجب أن يكون الاحتكاك المتداول مساويًا في المقدار ومعاكسًا في الاتجاه للقوة العادية.

 تطبيق قانون نيوتن الأول في الفضاء

قوانين نيوتن الثلاثة للحركة واضحة للعيان في الفضاء الخارجي لا توجد قوى احتكاك أو قوى جاذبية هناك ،لذلك إذا اكتسب الجسم السرعة ،فسيظل يتحرك في اتجاه ثابت دون توقف ما لم يصطدم بجسم آخر أو يتأثر بقوى الجاذبية لجسم آخر. كما يساعد هذا المركبة الفضائية على السفر في الفضاء دون الحاجة إلى الوقود سيتم الحفاظ على السرعة التي تكتسبها المركبة أثناء الإطلاق بعد أن تهرب من جاذبية الأرض وبالتالي جاذبية أي كواكب تمر عبرها هذا بسبب ظاهرة تعرف باسم الكبح الجوي. خلال رحلتهم إلى المريخ ،سيستخدم رواد الفضاء الغلاف الجوي لهذا الكوكب لإبطاء وتسخين مركباتهم الفضائية.

مثال على ذلك:

الصواريخ التي تسافر عبر الفضاء. قبل الإطلاق يكون الصاروخ في حالة سكون على سطح الأرض في هذه الحالة ستبقى إلى أجل غير مسمى إذا لم تعمل أي قوة خارجية عليهان لكن عندما يكون الصاروخ في الفضاء دون أي قوى خارجية تؤثر عليه حيث يسافر في خط مستقيم بسرعة ثابتة إلى الأبد ،فلا يوجد

 تطبيقات قانون نيوتن الأول 

• الوسائد الهوائية الخاصة بالسيارات

وظيفة الوسادة هي النفخ في حالة وقوع حادث ،كما أنها تمنع رأس السائق من الاصطدام بالزجاج الأمامي. عندما تصطدم سيارة بها وسادة ،يؤدي التباطؤ المفاجئ في سرعتها إلى تشغيل مفتاح كهربائي ،مما يؤدي إلى تفاعل كيميائي ينتج عنه مادة غازية تملأ

• كرة البيسبول في حالة راحة

تحتاج الكرة إلى قوة خارجية للتحرك أو الرمي أو الضرب ،وتعتمد المسافة التي تقطعها الكرة على مقدار القوة التي تمارسها، والغلاف الجوي للأرض هو الوسط الطبيعي الذي يتم من خلاله إطلاق المقذوفات إلى الفضاء.

 انطلاق صاروخ من منصة الإطلاق.

يعتبر إقلاع صاروخ مناورة صعبة ،خاصة إذا كانت المركبة الفضائية تسير بسرعات عالية أثناء عملية الإطلاق ،تكون سرعة الصاروخ صفراً ويستند إلى قاعدته. إذا لم تكن هناك مقاومة جوية للضغط عليها ،فسيستمر الصاروخ في البقاء في مكانه حتى تعمل قوة خارجية عليه.

كما تجب ان عند اشتعال المحرك يولد دفع المحرك قوة إضافية ضد الوزن وخاصة عندما يكون الدفع أكبر من الوزن ،هناك صافي قوة خارجية مساوية للدفع مطروحًا منه الوزن ويبدأ الصاروخ في الارتفاع. تزداد سرعة الصاروخ من صفر إلى بعض القيمة عند التسارع الناتج عن القوة الخارجية.

•  طائرة ورقية تطير في الهواء

القوى المؤثرة على الطائرة الورقية هي الوزن والرفع الأيروديناميكي والسحب والتوتر في الخط. في حالة الطيران المستقر ،تكون هذه القوى متوازنة وتحوم الطائرة الورقية على ارتفاع ثابت.