تطبيقات على قانون نيوتن الثاني

أهم التطبيقات على قانون نيوتن الثاني

لقد قام العالم إسحاق نيوتن بالتَّوسُع والتَّعمُق في الأعمال السابقة لاستاذ الفيزياء في جامعة أوريغون جاليليو غاليلي، حيث إن جاليليو غاليلي كان هو مَن قَام بتطوير أول القوانين الدقيقة للحركة، حيث أظهرت قوانينه وتجاربه أن جميع الأجسام تتسارع بنفس المُعدَّل بغض النظر عن حجم هذه الأجسام وكُتلتها، كذلك قام اسحاق نيوتن بالتَّوسُع والتَّعمُق في أعمال رينيه ديكارت والذي كان قد نشر مجموعة من قوانين الطبيعة في عام 1644م.[١]

يتم تطبيق قانون الثاني في الغالب من قبل المهندسين، إذ إنهم يستخدمون قانون نيوتن الثاني عند القيام بتصميم الآلات والهياكل والمنتجات وكل جسم بدءًا من الأبراج والجسور وحتى الدراجات وأسرة الأطفال وآلات الكرة والدبابيس، وغالباً ما يُركز المهندسين على قانون نيوتن الثاني عند عمل تطبيقات تختص بالتالي:[٢]

رياضيات الهندسة الميكانيكة

ويكون كدراسة الديناميات حيث يُطبِق المهندسون قانون نيوتن الثاني للتنبؤ بحركة جسم يواجه القوة المُحصلة، وذلك باستخدام معادلة القوة التي تُساوي الكتلة مضروبة بالتسارع وهي ق= ك* ت، مما يُمكن المهندسين من رسم موقع وسرعة وتسارع الجسم، أو معرفة القوى المؤثرة على الجسم.[٢]

تصميم هياكل البناء والجسور

يستخدم المهندسون قانون نيوتن الثاني لحساب القوى المؤثرة على الأشياء الثابتة، ونظراً لأن تسارع الجسم غير المتحرك يساوي صفر، فيجب جَمع القوى المؤثرة عليه. فعند تصميم الهياكل، يُطبق المهندسون قانون نيوتن الثاني لحساب القوى المؤثرة على المفاصل في إطارات المباني والجسور.[٢]

عمل آلة أوتوود

آلة أوتوود (بالإنجليزية: atwood machine) هي عبارة عن آلة بسيطة وتكون عبارة عن بكرة وحبل ممدود ويحمل هذا الحبل أوزان مُتساوية في كل من نهايتيه الاثنتين، ويُمكن عمل هذه الآلة أيضاً باستخدام بكرة وخيط وزجاجتي ماء تحتويان على كميات متساوية من الماء، ويوجد العديد من عمليات المحاكاة لآلة اوتوود الموجودة على الانترنت.[٢]

نص قانون نيوتن الثاني

قام إسحاق نيوتن بوضع القوانين العلمية التي تحكم 99٪ أو أكثر من التجارب الحياتيَّة اليومية، كما قام نيوتن بشرح علاقة الأشخاص بالكون من خلال شرح قوانين الحركة، ونظريته العالمية للجاذبية والتي تُعد من أهم قوانين العلوم الفيزيائية،[٣] وينُص قانون نيوتن الثاني على أنه: “إذا أثرت قوة مَا على جسم ما فإنها تُكسِبُهُ تَسارعاً يتناسب تنَاسُباً طردياً مع مِقدار القوة وعكسياً مع كُتلته“.[٤]

شرح قانون نيوتن الثاني

يَقوم قَانون نيوتن الثاني على أساس وجود قوة مِقدارها “ق”، تقوم بالتأثير على جسم ما فَيَتَسارَع بِنفس اتِّجاه هذه القوة، فإذا كان الجسم يَمتَلك الكُتلة “ك”، فسيكون تسارع كُل من الجسم الذي يُؤثِّر بِقوَّة والجسم الذي تؤثِّر عليه القوة ييتناسبان تناسُباً عكسياً مع كتلَتهما، ويُمكن تمثيل ذلك من خلال العلاقة:[٥][٦]

ت2/ ت1 = ك1/ ك2

إذ إن؛

• ت: التسارع.
• ك: الكتلة.

كما يُمكن تطبيق قانون نيوتن الثاني من خلال العلاقة الرياضية (ق = ك × ت) حيث أن ق؛ هي مجموع القوى المؤثرة على الجسم والتي تُساوي الكُتلة ك، مَضروبة بالتسارع ت.[٧]

التعريف بالعالم نيوتن

وُلِدَ إسحاق نيوتن في عام 1642م، واشتهر بعد اختراعه لحسابات التفاضُل والتَكامُل في منتصف إلى أواخر ستينيات القرن السادس عشر، واشتهر أيضاً بصياغته لنظرية الجاذِبيَّة الكَونيَّة، كما عَمِل أيضاً على تحويل الفلسفَة الطبيعيَّة الحَديثَة إلى عُلوم فيزيائيَّة حَديثَة، وقد كان لإسحاق نيوتن العديد من الاكتشافات الكبرى في مجال البصريات، وقد تُوفي إسحاق نيوتن في عام 1727م.[٨]

يوجد العديد من التطبيقات على قانون نيوتن الثاني الذي ينص على أنه: “إذا أثرت قوة مَا على جسم ما فإنها تُكسِبُهُ تَسارعاً يتناسب تنَاسُباً طردياً مع مِقدار القوة وعكسياً مع كُتلته”، ومن أبرز تلك التطبيقات؛ رياضيات الهندسة الميكانيكة، وتصميم هياكل البناء والجسور ، وآلة أوتوود، ويَقوم قَانون نيوتن الثاني على أساس وجود قوة مِقدارها “ق”، تقوم بالتأثير على جسم ما فَيَتَسارَع بِنفس اتِّجاه هذه القوة، ويمكن التعبير عنه رياضيًا باستخدام المعادلة؛ ت2/ ت1 = ك1/ ك2.

المراجع

1. ↑ Jim Lucas (26-9-2017), “Force, Mass & Acceleration: Newton’s Second Law of Motion “، www.livescience.com/, Retrieved 23-4-2019. Edited.
2. ^ أ ب ت ث “What Is Newton’s Second Law?”, www.teachengineering.org, Retrieved 3-5-2019. Edited.
3. ↑ Kara Granger, Laura Whitlock, “The Second Law of Motion and The Law of Gravitation “، swift.sonoma.edu, Retrieved 23-4-2019. Edited.
4. ↑ “Newton’s Laws”, hyperphysics.phy-astr.gsu.edu, Retrieved 23-4-2019. Edited.
5. ↑ “Newton’s laws: background and limitations”, www.animations.physics.unsw.edu.au, Retrieved 23-4-2019. Edited.
6. ↑ Jim Lucas (26-6-2017), “Force, Mass & Acceleration: Newton’s Second Law of Motion “، www.livescience.com, Retrieved 15-5-2019. Edited.
7. ↑ ” Newton’s Three Laws of Motion “, ccrma.stanford.edu, Retrieved 23-4-2019. Edited.
8. ↑ “Isaac Newton”, plato.stanford.edu,19-12-2007، Retrieved 23-4-2019. Edited.