قوة الشد

تعريف قوة الشد

تُعرف قوة الشد بأنّها القوة التي تُنتقل عبر نابض، أو حبل، أو كيبل، عندما يتمّ شّد طرفيه باتجاهين متعاكسين، وتؤثّر هذه القوة في جميع أجزاء الحبل وتكون متساويةً على طرفيه،[١] وهي أيضاً القوة التي يتعرّض فيها الجسم للضغط أو التمدد،[٢] وتُقاس بوحدة نيوتن (بالإنجليزية: Newton)؛ والتي تُساوي مقدار القوة الواقعة على حبل يحمل جسم وزنه 100غم،[٣] كما تُعرّف القوة بشكل عام بأنّها مؤثّر خارجي يُمكنه سحب أو دفع الأجسام، ويُمكن لهذه القوة أن تزيد أو تُقلّل من سرعة الجسم المتحرك أو تُحرّك الجسم الساكن.[٢]

تطبيق عملي على قوة الشد

يُمكن توضيح مفهوم قوة الشد من خلال المثال البسيط الآتي: عند ربط جسم ما بحبل عديم الكتلة نظرياً، وسحبه بقوة تُساوي 20 نيوتن، فالحبل المربوط سيتأثّر بقوة مقدارها 20 نيوتن على طول الحبل؛ وذلك لأنّه سيتأثّر بمحصلة قوتين، وهما القوة الناتجة عن سحب أحد أطراف الحبل باتجاه الأعلى وتُمثل قوة الشّد، والقوة الأخرى ناتجة عن سحب الجاذبية الأرضية لوزن الجسم المعلّق في الطرف المقابل نحو الأسفل.[٤]

طريقة حساب قوة الشد

يُمكن حساب قوة الشد عن طريق رسم مخطط الجسم الحر، وتحديد القوى المؤثّرة عليه في جميع الاتجاهات، ثمّ تحليل المتجهات وحساب محصّلة هذه القوى باستخدام قانون نيوتن الثاني،[٥] مع ضرورة العلم بأنّ قوة الشّد هي قوة سحب فقط وليست قوة دفع، لذلك عند رسم قوة الشّد على مخطط الجسم الحر تُرسم القوة باتجاه سحب الحبل أو النابض،[٦] كما أنَّ قوة الشّد تحدّ من تسارع الأجسام، ومثال على ذلك عند تعليق صندوق بِحبل في مصعد يتسارع نحو الأعلى، ستحدّ قوة الشّد من حركة الصندوق ليتحرّك بنفس تسارع المصعد.[٧]

يُمكن التعبير عن قوة الشد المؤثرة على جسم ما، من خلال الصيغة الآتية:[٤]

ق = (ك × ج) +( ك × ت)

حيث إنّ:

• ق: القوة بوحدة نيوتن.
• ج: قوة الجاذبية الأرضية بوحدة م/ث2.
• ك: الكتلة بوحدة كغم.
• ت: التسارع الخاضع له الجسم بوحدة م/ث2.

أمثلة حسابية على قوة الشد

قوة الشد المؤثرة في جسم معلّق

عُلّق جسم كتلته 10كغ بواسطة حبل، فتأثر بقوتين، ماهو مقدار قوة الشد بالحبل علمًا بأن قوة الجاذبية الأرضية تبلغ 9.78 م/ث2 ؟

الحل:

• ق = (ك × ج) +( ك × ت)
• ق =(10× 9.78) + (10×0)
• ق = (97.8) +(0)
• ق = 97.8 نيوتن

قوة الشد المؤثرة في جسم يُسحب بتسارع محدد

سحب شخص صندوق خشبي كتلته 23.4 كغ بشكل أُفقي، مامقدار قوة الشد مع العلم أن الجسم تسارع بمقدار 3.5 م/ث2؟

الحل:

• ق = (ك × ج) +( ك × ت)
• ق = (23.4 ×0) +(23.4×3.5)
• ق= (0)+(81.9)
• ق= 81.9 نيوتن

قوة الشد المؤثرة في جسمين مُعلَّقين

عُلّقت كتلتين بحيث تكون الثانية أسفل الأولى وبشكل عمودي، كتلة الجسمين على التوالي 10كغ، 20 كغ ، يتأثران بقوة شد إلى أعلى وقوة جاذبية أرضية إلى الأسفل، مامقدار قوة الشد على كل جسم من الأجسام بوحدة النيوتن؟

الحل:

• قوة الشد على الجسم الأول
• ق = (ك × ج) +( ك × ت)
• ق = (10×9.78) + (10×0)
• ق = (97.8) +(0)
• ق = 97.8 نيوتن
• قوة الشد على الجسم الثاني
• ق = (ك × ج) +( ك × ت)
• ق = (20×9.78) + (20×0)
• ق = (195.6) +(0)
• ق = 195.6 نيوتن

المراجع

1. ↑ “Types of Forces”, www.physicsclassroom.com, Retrieved 2021-2-9. Edited.
2. ^ أ ب “What is the meaning of tension force? Give examples.”, study.com, Retrieved 2021-2-26. Edited.
3. ↑ John Papiewski (2018-3-13), “How to Calculate the Tension in a Rope”، sciencing.com, Retrieved 2021-2-9. Edited.
4. ^ أ ب “Tension force”, byjus.com, Retrieved 2021-3-13. Edited.
5. ↑ “What is tension?”, www.khanacademy.org, Retrieved 2021-2-9. Edited.
6. ↑ Amy Dusto (2020-12-28), “Tension (Physics): Definition, Formula, How to Find (w/ Diagrams & Examples)”، sciencing.com, Retrieved 2021-2-9. Edited.
7. ↑ “Module 3 — Tension Force”, scripts.mit.edu,2011-12-14، Retrieved 2021-2-26. Edited.