تطبيقات على قوانين نيوتن

• ذات صلة
• قانون فيثاغورس
• قانون الطاقة الكهربائية

نيوتن

يُعدّ إسحاق نيوتن أشهر علماء الفيزياء والرياضيات وعلم الفلك، والذي شغل مركز أستاذ الرياضيات الرئيسي في كلية لوسيا في جامعة كامبريدج في إنجلترا، وهو منصب علمي عظيم شغله العالم ستيفن هوكينج بعد ذلك بقرون، ولد نيوتن في أوائل عام 1643 ميلادي في لينكولنشاير بإنجلترا، ومنذ أن كان في عُمر الثالثة عاش مع جدته، وفي نشأته تأثر بالعالم جاليليو الذي أثبت كروية الأرض ودورانها حول الشمس، واعتقد نيوتن عند دراسته في كامبردج أن الكون يعمل مثل الآلة، ووجود قوانين بسيطة تحكمه، وأدرك أن الرياضيات والفيزياء هي الطريق لشرح وإثبات هذه القوانين، وأدت بحوث نيوتن ودراسته إلى صياغة قوانين الحركة والجاذبية، وقد صاغت هذه القوانين الرياضية وشرحت كيفية تحرك الأشياء عندما تعمل قوة عليها.

نشر نيوتن كتابه الأكثر شهرة برينسيبيا Principia في عام 1687 عندما كان أستاذًا للرياضيات في كلية ترينيتي في كامبريدج، وشرح في هذا الكتاب قوانينه الثلاثة الأساسية للحركة والتي تتحكم بطريقة تحرك الأشياء، ومن ثم استخدم نيوتن إبداعاته كعالم لإظهار أن الكواكب تدور حول الشمس في مدارات بيضاوية وليست دائرية، كما شرح نيوتن قوانين الجاذبية، وقصة تفاحة نيوتن بكل تأكيد قد مرّت عليك أو سمعتها على الأقل مرة في حياتك، حيث كان نيوتن يجلس تحت شجرة وسقطت تفاحة على رأسه، وعندما رأى سقوط التفاحة بدأ يفكر في نوعية هذه الحركة، وفهم أن هذه القوة هي قوة الجاذبية، وفهم أن الجسم الذي يحتوي على مادة أو كتلة أكبر يسحب الأشياء الصغيرة تجاهه، وهذا يعني أن الكتلة الكبيرة من الأرض سحبت الأجسام نحوها وهو ما يُدعى بقانون الجاذبية الأرضية والذي صاغه نيوتن بعد ذلك، وبسبب إنجازات نيوتن الهائلة في العلم منحته الملكة آن في عام 1705 ميلادي لقب السير، وأصبح يعرف باسم السير إسحاق نيوتن، وبعد ميراث كبير وضخم في العلم توفي نيوتن قرب لندن في 20 مارس 1727 ميلادي عن عمر يقارب 85 عامًا.^[١]

تطبيقات على قوانين نيوتن

لقوانين نيوتن تطبيقات عديدة مهمة في حياتنا سنقسمها لك وفق كلّ قانون، وهي:

• قانون الحركة الأول: توجد العديد من التطبيقات لقانون الحركة الأول لنيوتن ومن هذه التطبيقات:^[٢]
  • شدك لرأس المطرقة على المقبض الخشبي عن طريق ضربك للجزء السفلي من المقبض.
  • قلبك لعلبة الكاتشب رأسًا على عقب لإخراجه من العلبة مما يدفعه للأسفل بسرعات عالية ثم يتوقف فجأة.
  • في سيارتك تضع مساند الرأس لمنع الإصابة أثناء الاصطدامات الخلفية لا سمح الله، وهذا تطبيق عملي مُباشر على قانون نيوتن الأول للحركة.
• قانون الحركة الثاني: العديد من تطبيقات قانون الحركة الثاني لنيوتن يمكنك مشاهدتها أو فعلها؛ أبرزها كيفية حسابك مقدار القوة الصافية المطلوبة لزيادة سرعة سيارتك، ومن الجدير بالذّكر أنّ في سباقات الفورمولا ون Formula One، يحاول المهندسون إبقاء كتلة السيارات عند أدنى مستوى ممكن، إذ إنّ الكتلة المنخفضة ستعني المزيد من التسارع، وكلما زاد التسارع زادت فرص الفوز بالسباق.^[٣]
• قانون الحركة الثالث: يمكنك ملاحظة قانون الحركة الثالث لنيوتن في أيّ مكان وفي كلّ مكان بمحيطك، وأهم تطبيق على هذا القانون هو المركبة الفضائية والذي يضم أيضًا القانون الأول والثاني للحركة، فعندما تنطلق محركات الصاروخ وتدفع الصاروخ للأمام يحرق المُحرك الوقود مما يسبب قوة في الاتجاه المعاكس لدفع الصاروخ إلى الأمام. ^[٤]

قوانين نيوتن

قوانين السير إسحاق نيوتن الثلاثة للحركة تصف حركة الأجسام وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض، ففي صياغة قوانينه الثلاثة بسّط نيوتن التعامل مع الأجسام الضخمة من خلال اعتبارها نقاط رياضية مرجعية بصفر حجم ودوران، مما سمح له تجاهل عوامل الاحتكاك ومقاومة الهواء ودرجة الحرارة وخصائص المواد، وبالمقابل والتركيز على الكتلة والطول والوقت، وبعد عدة تعديلات لنيوتن على قوانينه أصدر النصوص الصحيحة للقوانين، وهي:^[٥]

قانون الحركة الأول

ينص قانون الحركة الأول على أن الجسم في حالة السكون يبقى في السكون، والجسم المتحرك سيظل في حالة حركة ما لم يُوقّف من قبل قوة خارجية، وهذا يعني أن الأجسام لا يمكن أن تبدأ أو تتوقف أو تغير اتجاهها بمفردها، ويتطلب الأمر قوة خارجية لإحداث مثل هذا التغيير، وتسمى خواص الأجسام الضخمة المقاومة للتغيرات في حالة حركتها بالقصور الذاتي.

قانون الحركة الثاني

القانون الثاني للحركة يصف ما يحدث لجسم عندما يتأثر بقوة خارجية، وينص قانون نيوتن الثاني على أنه عند تطبيق قوةٍ ثابتة على جسمٍ ثقيل فإنها تتسبب في تغيير سرعته بمعدل ثابت بنفس اتجاه حركة القوة التي طُبّقت، وصاغ نيوتن هذا القانون بالشكل الرياضي (ف= م.ج)، وتعني ف القوة، م تعني الكتلة، ج تعني تسارع الجاذبية، وهذه القوة تكون متجهة، أي أن القوة والتسارع هما كميات متجهة في الحجم والاتجاه.

قانون الحركة الثالث

ينص القانون الثالث للحركة أن لكلّ فعل ردّ فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه، ويصف هذا القانون ما يحدث للجسم عندما يطبَّق عليه قوة من جسم آخر، ويبين نيوتن أن القوة تحدث دائمًا على شكل أزواج، وعندما يضغط جسم على آخر، يدفع الجسم الثاني للخلف بنفس القوة، وعلى سبيل المثال عندما تدفع عربة فإن العربة تدفع ضدك بنفس القوة التي دفعتها بها ولكن في عكس الاتجاه.

كيف غيّرت قوانين نيوتن العالم؟

السير إسحاق نيوتن هو أحد أكثر العلماء شهرةً في التاريخ، إذ ساهمت أعماله وقوانينه في تغيير الكثير في علوم الفيزياء والرياضيات وعلم الفلك والكيمياء، وقد ساهمت قوانينه في إحداث الثورة العلمية الأوروبية وتطورها، وغيرت مساهماته الطريقة التي ترى وتفهم فيها العالم من حولك، وقدمت لك نظرياته أساس العديد من الآلات والبحوث في مجالات التطور التكنولوجي، وسنذكر أهم مُساهمتين لنيوتن في العلم بجانب قوانينه للحركة، وهي: ^[٦]

• التلسكوب الحديث: وجد نيوتن حلًّا ساهم بصورة رئيسية في تطوير وصناعة التلسكوب الحديث، حين استبدل العدسات الانكسارية القديمة في التلسكوب بعدسات عاكسة، ومرآة كبيرة مقعرة أظهرت الصورة الأساسية وصورة أصغر ومسطحة معكوسة تعرض الصورة الرئيسية للعين بوضوح.
• تطوير التحليل الطيفي للألوان: اعتقد كافة العلماء قبل نيوتن أن الألوان تأتي من الظلام أيّ من اللّون الأسود أو من الوضوح أيّ اللون الأبيض، ولكن نيوتن أجرى سلسلة من التجارب لإثبات نظرياته عن الضوء، وقدم بعد سنوات من تجاربه إثباتات أن الألوان هي الألوان السبعة الرئيسية التي تُشكل قوس قزح.

مَعْلومَة

السير إسحاق نيوتن عالم فذّ تخصص في الرياضيات والفيزياء وعلم الفلك، وقد قدم مساهمات أساسية في علوم الهندسة التحليلية والجبر وحساب التفاضل والتكامل، واكتشف نظرية ذات الحدين، وطُرق جديدة لحلّ السلسلة اللانهائية، ولحلّ مسائل النظرية العكسية ونظرية التدفق، وربما تظن أن نيوتن قد اكتشف قوانين الحركة والجاذبية فقط، ولكنه أوجد العديد من القوانين والنظريات الأخرى الكثيرة أهمها:^[٧]

• نظرية طريقة التدفق وسلسلة اللانهاية والتي طُرحت بعد تسعة أعوام من وفاته.
• نشر نيوتن بحثًا مهمًا عن قوانين البصريات العامة في عام 1671 ميلادي.
• أصدر نيوتن في عام 1666 ميلادي عدة قوانين رئيسية تدرس الضوء وطرق تكوينه، وتمكن نيوتن من فصل اللون الأبيض عن طريق المنشور.
• نشر نيوتن سلسلة من التجارب المتعلقة بألوان الأغشية الرقيقة ونظرية الجسيمات في هذه الأغشية.
• أثبت نيوتن علميًا العلاقة بين الجذر التربيعي العكسي والمدارات الإهليلجية.
• عالج نيوتن حركة الأجسام ووضح كيفية عملها وحركتها من خلال الوسائط المقاومة وكذلك حركة السوائل نفسها.

المراجع

1. ↑ Mary Bellis (21-08-2019), " Biography of Isaac Newton, Mathematician and Scientist "، thoughtco, Retrieved 04-07-2020. Edited.
2. ↑ "Newton's First Law", physicsclassroom, Retrieved 05-07-2020. Edited.
3. ↑ "Newton's Second Law Of Motion", byjus, Retrieved 05-07-2020. Edited.
4. ↑ Jim Lucas (26-09-2017), "Equal & Opposite Reactions: Newton's Third Law of Motion"، livescience, Retrieved 05-07-2020. Edited.
5. ↑ Jim Lucas (27-09-2017), "Newton's Laws of Motion"، livescience, Retrieved 04-07-2020. Edited.
6. ↑ Barbara Maranzani (02-06-2020), "How Isaac Newton Changed Our World"، biography, Retrieved 04-07-2020. Edited.
7. ↑ Dr Robert A. Hatch (04-01-2002), "S I R I S A A C N E W T O N"، clas, Retrieved 04-07-2020. Edited.