القوى وقوانين نيوتن: دليل دراسة

الأفكار الأساسية

تربط قوانين نيوتن القوة بالحركة. محصلة القوى المؤثرة في جسم تساوي كتلته مضروبة في تسارعه، ولكل قوة قوة مقابلة مساوية لها ومعاكسة في الاتجاه تؤثر في جسم آخر.

• ارسم مخطط الجسم الحر بكل القوى المؤثرة فيه ثم اجمعها كمتجهات: ΣF = ma، كلاً على حدة على كل محور.
• الوزن هو mg ويتجه نحو الأسفل. القوة العمودية عمودية على السطح وليست دائماً مساوية للوزن.
• الاحتكاك الحركي هو μ_k N ويعاكس الانزلاق. أما الاحتكاك السكوني فيتكيّف حتى حد أقصى هو μ_s N.
• على السطح المائل حلّل الوزن إلى mg sin θ بمحاذاة الميل و mg cos θ نحو السطح.

المعادلات الأساسية

• ΣF = ma
• W = mg
• f = μN
• a = g sin θ (frictionless incline)
• F = kx (Hooke’s law)

مثال محلول

يُنزلق صندوق كتلته 10 kg على سطح مائل بزاوية 30° ومعامل احتكاكه الحركي 0.20 (g = 9.8 m/s²). بمحاذاة الميل: mg sin θ = 10 × 9.8 × 0.5 = 49 N. الاحتكاك: μ_k mg cos θ = 0.20 × 10 × 9.8 × 0.866 = 17 N. المحصلة 32 N، إذن a = 32 ÷ 10 = 3.2 m/s².

أخطاء شائعة

• افتراض أن القوة العمودية تساوي mg دائماً. على السطح المائل أو مع قوى رأسية إضافية تختلف.
• معاملة زوج الفعل ورد الفعل كقوتين على الجسم نفسه. هما تؤثران في جسمين مختلفين فلا تلغي إحداهما الأخرى أبداً.
• استعمال الوزن بدل القوة العمودية في صيغة الاحتكاك.

تدرّب

اختبر نفسك بأسئلة تدريبية في هذا الموضوع: القوى وقوانين نيوتن