قوانين نيوتن للحركة: الفرق بين النسختين
[مراجعة غير مفحوصة] | [نسخة منشورة] |
وسوم: مُسترجَع تحرير من المحمول تعديل ويب محمول إضافة أرقام هندية |
Elsayed Taha (نقاش | مساهمات) ط استرجاع تعديلات 2001:16A2:C345:2B84:F0F9:B655:3259:DB56 (نقاش) حتى آخر نسخة بواسطة MenoBot |
||
(47 مراجعة متوسطة بواسطة 26 مستخدماً غير معروضة) | |||
سطر 12: | سطر 12: | ||
'''قوانين نيوتن للحركة''' هي ثلاثة قوانين [[فيزياء|فيزيائية]] تأسس [[ميكانيكا|علم حركة الأجسام]]، وتربط هذه القوانين القوى المؤثرة على الجسم بحركته. أول من جمعها هو [[إسحاق نيوتن]]، وقد استخدم هذه القوانين في تفسير العديد من الأنظمة والظواهر الفيزيائية. |
'''قوانين نيوتن للحركة''' هي ثلاثة قوانين [[فيزياء|فيزيائية]] تأسس [[ميكانيكا|علم حركة الأجسام]]، وتربط هذه القوانين القوى المؤثرة على الجسم بحركته. أول من جمعها هو [[إسحاق نيوتن]]، وقد استخدم هذه القوانين في تفسير العديد من الأنظمة والظواهر الفيزيائية. |
||
نشر نيوتن قوانينه لأوَّل مرَّة في كتابه الأصول الرياضيَّة للفلسفة الطبيعيَّة [[الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية|Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica]]<ref>{{استشهاد بكتاب|عنوان=Newton's Principia: The Mathematical Principles of Natural Philosophy|مسار=https://books.google.com.lb/books/about/Newton_s_Principia.html?id=N-hHAQAAMAAJ&printsec=frontcover&source=kp_read_button&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false|ناشر=Geo. P. Putnam|تاريخ=1850|لغة=en|مؤلف1=Sir Isaac|الأول2=N. W.|مؤلف2=Chittenden| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20200704211242/https://books.google.com.lb/books/about/Newton_s_Principia.html?id=N-hHAQAAMAAJ&printsec=frontcover&source=kp_read_button&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false | تاريخ أرشيف = 4 يوليو 2020 }}</ref><ref>{{استشهاد بكتاب|إصدار=Winter 2008|عنوان=The Stanford Encyclopedia of Philosophy|مسار= https://plato.stanford.edu/archives/win2008/entries/newton-principia/|ناشر=Metaphysics Research Lab, Stanford University|تاريخ=2008|مؤلف1=George|محرر1=Edward N.|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200612002441/https://plato.stanford.edu/archives/win2008/entries/newton-principia/|تاريخ أرشيف=2020-06-12}}</ref> الذي نُشِرت طبعته الأولى في عام 1687. استعمل نيوتن هذه القوانين ليُفسِّرَ ويتحرى حركة كثير من المنظومات الفيزيائية. |
|||
مثلا في الجزء الثالث، أظهر نيوتن ان هذه القوانين بالإضافة ل<nowiki/>[[قانون الجذب العام لنيوتن|قانون الجذب العام]] قادرة على تفسير [[قوانين كيبلر للحركة الكوكبية|قوانين كيبلر]] لحركة الكواكب، ولازالت هذه القوانين |
مثلا في الجزء الثالث، أظهر نيوتن ان هذه القوانين بالإضافة ل<nowiki/>[[قانون الجذب العام لنيوتن|قانون الجذب العام]] قادرة على تفسير [[قوانين كيبلر للحركة الكوكبية|قوانين كيبلر]] لحركة الكواكب، ولازالت هذه القوانين إحدى أهم القوانين الفيزيائية حتى الآن. |
||
== قانون نيوتن الأول == |
== قانون نيوتن الأول == |
||
الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرّك يبقى متحركاً، مالم تؤثر عليه قوى ما. |
الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرّك يبقى متحركاً، مالم تؤثر عليه قوى ما. |
||
ينص القانون الأول على أنه إذا كانت [[محصلة القوى|القوة المحصلة]] (المجموع الاتجاهي للقوى المؤثرة على الجسم) تساوي صفر، فإن [[سرعة]] الجسم تكون ثابتة. تعتبر السرعة كمية [[ |
ينص القانون الأول على أنه إذا كانت [[محصلة القوى|القوة المحصلة]] (المجموع الاتجاهي للقوى المؤثرة على الجسم) تساوي صفر، فإن [[سرعة]] الجسم تكون ثابتة. تعتبر السرعة كمية [[متجه]]ة حيث يُعَبَّر عنها مقداراً وهي سرعة الجسم واتجاهاً وهو اتجاه حركة الجسم. عندما نقول أن سرعة الجسم ثابتة فإننا نعني أن كلا من المقدار والاتجاه ثابتين.[[ملف:first law.ogg|225x225px|تصغير|توضيح لقانون نيوتن والإطار المرجعي بواسطة الفيزيائي [[والتر لوين]].]] |
||
يمكن التعبير عن القانون الأول رياضيا كما يلي: |
يمكن التعبير عن القانون الأول رياضيا كما يلي: |
||
سطر 30: | سطر 30: | ||
تسمى هذه الحالة الحركة المنتظمة. يظل الجسم على حالته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. إذا كان في حالة سكون سيظل في هذه الحالة. إذا كان الجسم متحرك فإنه سيستمر في حركته بدون تغير في اتجاهه أو سرعته. هذا يتضح في المسابر الفضائية التي تستمر في الحركة في الفضاء الخارجي. التغير في حركة الجسم يجب أن يفرض ضد قابلية الجسم للاحتفاظ بحالته من الحركة. في غياب القوة المحصلة، فإن الجسم ينوي للتحرك على طول مساره إلى أجل غير مسمى. |
تسمى هذه الحالة الحركة المنتظمة. يظل الجسم على حالته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. إذا كان في حالة سكون سيظل في هذه الحالة. إذا كان الجسم متحرك فإنه سيستمر في حركته بدون تغير في اتجاهه أو سرعته. هذا يتضح في المسابر الفضائية التي تستمر في الحركة في الفضاء الخارجي. التغير في حركة الجسم يجب أن يفرض ضد قابلية الجسم للاحتفاظ بحالته من الحركة. في غياب القوة المحصلة، فإن الجسم ينوي للتحرك على طول مساره إلى أجل غير مسمى. |
||
وضع نيوتن القانون الأول للحركة لكي يؤسس إطار مرجعي كي يتم تطبيق القوانين الأخرى. تفرض مفاهيم القانون الأول وجود [[إطار مرجعي]] واحد على الأقل يسمي إطار نيوتن والذي بدوره فإن أي جسم لا يتأثر بقوي خارجية يتحرك في خط مستقيم وبسرعة ثابتة.<ref name=tseitlin>{{استشهاد بدورية محكمة|مسار= http://www.springerlink.com/content/j42866672t863506/ |عنوان= Newton's First Law: Text, Translations, Interpretations and Physics Education |صحيفة= Science & Education | مؤلف= Galili, I. | مؤلف2= Tseitlin, M. |المجلد= 12 |العدد= 1 |سنة= 2003 |صفحات= 45–73 |doi= 10.1023/A:1022632600805 |bibcode = 2003Sc&Ed..12...45G|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200402211728/http://www.springerlink.com/content/j42866672t863506/|تاريخ أرشيف=2020-04-02| وصلة مكسورة = yes | تاريخ الوصول = أغسطس 2020 }}</ref><ref name="Woodhouse">{{استشهاد بكتاب|مسار= https://books.google.com/?id=ggPXQAeeRLgC&printsec=frontcover&dq=isbn=1852334266#PPA6,M1|عنوان=Special relativity|صفحة=6|مؤلف=NMJ Woodhouse|ناشر=Springer|تاريخ=2003|isbn=1-85233-426-6|مكان=London/Berlin|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200402211729/https://books.google.com/books?id=ggPXQAeeRLgC&printsec=frontcover&dq=isbn%3D1852334266&hl=en#PPA6,M1|تاريخ أرشيف=2020-04-02}}</ref> يتم الإشارة إلى القانون الأول لنيوتن [[قصور ذاتي|بقانون القصور الذاتي]]. لا بد لكي يتحرك الجسم في حركة منتظمة بالنسبة إلى الإطار المرجعي لنيوتن هو أن تكون مجموع [[قوة|القوى]] المؤثرة عليه تساوي صفر. يمكن التعبير عن القانون الأول كما يلي: |
وضع نيوتن القانون الأول للحركة لكي يؤسس إطار مرجعي كي يتم تطبيق القوانين الأخرى. تفرض مفاهيم القانون الأول وجود [[إطار مرجعي]] واحد على الأقل يسمي إطار نيوتن والذي بدوره فإن أي جسم لا يتأثر بقوي خارجية يتحرك في خط مستقيم وبسرعة ثابتة.<ref name=tseitlin>{{استشهاد بدورية محكمة|مسار= http://www.springerlink.com/content/j42866672t863506/ |عنوان= Newton's First Law: Text, Translations, Interpretations and Physics Education |صحيفة= Science & Education | مؤلف= Galili, I. | مؤلف2= Tseitlin, M. |المجلد= 12 |العدد= 1 |سنة= 2003 |صفحات= 45–73 |doi= 10.1023/A:1022632600805 |bibcode = 2003Sc&Ed..12...45G|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200402211728/http://www.springerlink.com/content/j42866672t863506/|تاريخ أرشيف=2020-04-02| وصلة مكسورة = yes | تاريخ الوصول = أغسطس 2020 | issn = 0926-7220}}</ref><ref name="Woodhouse">{{استشهاد بكتاب|مسار= https://books.google.com/?id=ggPXQAeeRLgC&printsec=frontcover&dq=isbn=1852334266#PPA6,M1|عنوان=Special relativity|صفحة=6|مؤلف=NMJ Woodhouse|ناشر=Springer|تاريخ=2003|isbn=1-85233-426-6|مكان=London/Berlin|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200402211729/https://books.google.com/books?id=ggPXQAeeRLgC&printsec=frontcover&dq=isbn%3D1852334266&hl=en#PPA6,M1|تاريخ أرشيف=2020-04-02}}</ref> يتم الإشارة إلى القانون الأول لنيوتن [[قصور ذاتي|بقانون القصور الذاتي]]. لا بد لكي يتحرك الجسم في حركة منتظمة بالنسبة إلى الإطار المرجعي لنيوتن هو أن تكون مجموع [[قوة|القوى]] المؤثرة عليه تساوي صفر. يمكن التعبير عن القانون الأول كما يلي: |
||
تعتمد حركة أي جسم في الكون في إطار مرجعي ''Φ'' على تأثير القوى والتي تتلاشى محصلتها عندما تكون سرعة الجسم ثابتة في الإطار المرجعي ''Φ''. بناءا عليه فإن الجسم الساكن |
تعتمد حركة أي جسم في الكون في إطار مرجعي ''Φ'' على تأثير القوى والتي تتلاشى محصلتها عندما تكون سرعة الجسم ثابتة في الإطار المرجعي ''Φ''. بناءا عليه فإن الجسم الساكن أو المتحرك يظل على حالته ما لم تؤثر عليه قوة تغير من حالته.<ref>{{استشهاد بكتاب |مؤلف=Beatty, Millard F.|تاريخ=2006|عنوان=Principles of engineering mechanics Volume 2 of Principles of Engineering Mechanics: Dynamics-The Analysis of Motion, |صفحة=24| ناشر =Springer|isbn=0-387-23704-6|مسار= https://books.google.com/?id=wr2QOBqOBakC&lpg=PP1&pg=PA24#v=onepage&q|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200402211731/https://books.google.com/?id=wr2QOBqOBakC&lpg=PP1&pg=PA24#v=onepage&q|تاريخ أرشيف=2020-04-02}}</ref> |
||
القانون الأول والثاني لنيوتن فقط يكونان متاحان في إطار مرجعي للقصور الذاتي. أي إطار مرجعي في حالة حركة بالنسبة إلى الإطار المرجعي الذاتي يكون أيضا إطار مرجعي ذاتي.<ref>{{استشهاد بكتاب|مؤلف=Thornton, Marion|تاريخ=2004|عنوان=Classical dynamics of particles and systems|صفحة=53|ناشر=Brooks/Cole|طبعة=5th|isbn=0-534-40896-6|مسار= https://books.google.com/?id=HOqLQgAACAAJ&dq=classical%20dynamics%20of%20particles%20and%20systems|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200522163336/https://books.google.com/books?id=HOqLQgAACAAJ&dq=classical+dynamics+of+particles+and+systems&hl=pt-BR|تاريخ أرشيف=2020-04-02}}</ref> |
القانون الأول والثاني لنيوتن فقط يكونان متاحان في إطار مرجعي للقصور الذاتي. أي إطار مرجعي في حالة حركة بالنسبة إلى الإطار المرجعي الذاتي يكون أيضا إطار مرجعي ذاتي.<ref>{{استشهاد بكتاب|مؤلف=Thornton, Marion|تاريخ=2004|عنوان=Classical dynamics of particles and systems|صفحة=53|ناشر=Brooks/Cole|طبعة=5th|isbn=0-534-40896-6|مسار= https://books.google.com/?id=HOqLQgAACAAJ&dq=classical%20dynamics%20of%20particles%20and%20systems|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200522163336/https://books.google.com/books?id=HOqLQgAACAAJ&dq=classical+dynamics+of+particles+and+systems&hl=pt-BR|تاريخ أرشيف=2020-04-02}}</ref> |
||
== قانون نيوتن الثاني |
== قانون نيوتن الثاني == |
||
[[ملف:Secondlaw.ogv| |
[[ملف:Secondlaw.ogv|225x225px|تصغير|توضيح قانون نيوتن الثاني باستخدام الجاذبية بواسطة الفيزيائي [[والتر لوين]].]] |
||
إذا أثرت [[قوة]] على جسم ما فإنها تكسبه [[تسارع |
إذا أثرت [[قوة]] على جسم ما فإنها تكسبه [[تسارع]]اً، يتناسب طردياً مع [[محصلة القوى|قوته]] وعكسيا مع كتلته. |
||
:<math>\mathbf{F} = \frac{\mathrm{d}\mathbf{p}}{\mathrm{d}t} = \frac{\mathrm{d}(m\mathbf v)}{\mathrm{d}t}.</math> |
:<math>\mathbf{F} = \frac{\mathrm{d}\mathbf{p}}{\mathrm{d}t} = \frac{\mathrm{d}(m\mathbf v)}{\mathrm{d}t}.</math> |
||
يمكن التعبير عن القانون الثاني باستخدام تسارع الجسم. يتم تطبيق القانون الثاني على الأنظمة ثابتة الكتلة <ref name="plastino">{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=On the use and abuse of Newton's second law for variable mass problems|تاريخ=1992|صحيفة=Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy|ناشر=Kluwer Academic Publishers|العدد=3|المجلد=53|صفحات=227–232|bibcode=1992CeMDA..53..227P|issn=0923-2958|الأخير=Plastino|الأول=Angel R.|مؤلف2=Muzzio, Juan C.|مكان=Netherlands|doi=10.1007/BF00052611}} "We may conclude emphasizing that Newton's second law is valid for constant mass only. When the mass varies due to accretion or ablation, [an alternate equation explicitly accounting for the changing mass] should be used."</ref><ref name="Halliday">{{استشهاد بكتاب|الأخير=Halliday|مؤلف2=Resnick|عنوان=Physics|المجلد=1|صفحات=199|اقتباس=It is important to note that we ''cannot'' derive a general expression for Newton's second law for variable mass systems by treating the mass in '''F''' = ''d'''''P'''/''dt'' = ''d''(''M'''''v''') as a ''variable''. [...] We ''can'' use '''F''' = ''d'''''P'''/''dt'' to analyze variable mass systems ''only'' if we apply it to an ''entire system of constant mass'' having parts among which there is an interchange of mass.|isbn=0-471-03710-9}} [Emphasis as in the original]</ref><ref name="Kleppner">{{استشهاد بكتاب|الأخير=Kleppner|الأول=Daniel|مؤلف2=Robert Kolenkow|عنوان=An Introduction to Mechanics|ناشر=McGraw-Hill|تاريخ=1973|صفحات=[https://archive.org/details/introductiontome00dani/page/133 133–134]|isbn=0-07-035048-5|اقتباس=Recall that '''F''' = ''d'''''P'''/''dt'' was established for a system composed of a certain set of particles[. ... I]t is essential to deal with the same set of particles throughout the time interval[. ...] Consequently, the mass of the system can not change during the time of interest.|مسار=https://archive.org/details/introductiontome00dani/page/133| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20200103213118/https://archive.org/details/introductiontome00dani/page/133 | تاريخ أرشيف = 3 يناير 2020 }}</ref> لذا فإن m تكون كمية ثابتة وبالتالي لا تدخل في نطاق عملية [[تفاضل|التفاضل]] طبقا لنظرية المعامل الثابت في التفاضل: |
يمكن التعبير عن القانون الثاني باستخدام تسارع الجسم. يتم تطبيق القانون الثاني على الأنظمة ثابتة الكتلة <ref name="plastino">{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=On the use and abuse of Newton's second law for variable mass problems|مسار=https://archive.org/details/sim_celestial-mechanics-and-dynamical-astronomy_1992_53_3/page/227|تاريخ=1992|صحيفة=Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy|ناشر=Kluwer Academic Publishers|العدد=3|المجلد=53|صفحات=227–232|bibcode=1992CeMDA..53..227P|issn=0923-2958|الأخير=Plastino|الأول=Angel R.|مؤلف2=Muzzio, Juan C.|مكان=Netherlands|doi=10.1007/BF00052611}} "We may conclude emphasizing that Newton's second law is valid for constant mass only. When the mass varies due to accretion or ablation, [an alternate equation explicitly accounting for the changing mass] should be used."</ref><ref name="Halliday">{{استشهاد بكتاب|الأخير=Halliday|مؤلف2=Resnick|عنوان=Physics|المجلد=1|صفحات=199|اقتباس=It is important to note that we ''cannot'' derive a general expression for Newton's second law for variable mass systems by treating the mass in '''F''' = ''d'''''P'''/''dt'' = ''d''(''M'''''v''') as a ''variable''. [...] We ''can'' use '''F''' = ''d'''''P'''/''dt'' to analyze variable mass systems ''only'' if we apply it to an ''entire system of constant mass'' having parts among which there is an interchange of mass.|isbn=0-471-03710-9}} [Emphasis as in the original]</ref><ref name="Kleppner">{{استشهاد بكتاب|الأخير=Kleppner|الأول=Daniel|مؤلف2=Robert Kolenkow|عنوان=An Introduction to Mechanics|ناشر=McGraw-Hill|تاريخ=1973|صفحات=[https://archive.org/details/introductiontome00dani/page/133 133–134]|isbn=0-07-035048-5|اقتباس=Recall that '''F''' = ''d'''''P'''/''dt'' was established for a system composed of a certain set of particles[. ... I]t is essential to deal with the same set of particles throughout the time interval[. ...] Consequently, the mass of the system can not change during the time of interest.|مسار=https://archive.org/details/introductiontome00dani/page/133| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20200103213118/https://archive.org/details/introductiontome00dani/page/133 | تاريخ أرشيف = 3 يناير 2020 }}</ref> لذا فإن m تكون كمية ثابتة وبالتالي لا تدخل في نطاق عملية [[تفاضل|التفاضل]] طبقا لنظرية المعامل الثابت في التفاضل: |
||
:<math>\mathbf{F} = m\,\frac{\mathrm{d}\mathbf{v}}{\mathrm{d}t} = m\mathbf{a},</math> |
:<math>\mathbf{F} = m\,\frac{\mathrm{d}\mathbf{v}}{\mathrm{d}t} = m\mathbf{a},</math> |
||
سطر 71: | سطر 71: | ||
== قانون نيوتن الثالث == |
== قانون نيوتن الثالث == |
||
[[ملف:Skaters showing newtons third law.svg|تصغير|250px|صورة توضح قانون نيوتن الثالث حين هناك |
[[ملف:Skaters showing newtons third law.svg|تصغير|250px|صورة توضح قانون نيوتن الثالث حين هناك شخصان يدفعان ضد بعضهما. الأول على اليسار يؤثر بقوة N<sub>12 ناحية اليمين، والآخر يؤثر بقوة N<sub>21 ناحية اليسار<sub>. <sub><p>القوتان متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه.</p><p></p>القانون]] <small>لكل قوة فعل قوة رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. |
||
القانون الثالث ينص على جميع القوي بين جسمين وتكون متساوية في المقدار ومتضادة في الاتجاه: إذا وجد جسم A يؤثر بقوة '''F'''<sub>''A |
القانون الثالث ينص على جميع القوي بين جسمين وتكون متساوية في المقدار ومتضادة في الاتجاه: إذا وجد جسم A يؤثر بقوة '''F'''<sub>''A''</sub></small> <small>على جسم آخر B، فإن الجسم B يؤثر بقوة '''F'''<sub>B</sub> على الجسم A والقوتين متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه '''F'''<sub>A</sub> = −'''F'''<sub>B</sub>.<ref name="resnick83">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Resnick|الأخير2=Halliday|الأخير3=Krane|عنوان=Physics, Volume 1|طبعة=4th|صفحة=83|تاريخ=1992}}</ref> يعني القانون الثالث أن القوة المؤثرة هي قوى متبادلة على الاجسام المختلفة <ref>{{استشهاد بدورية محكمة|عنوان=Newton's third law revisited|تاريخ=1992|صحيفة=Phys. Educ.|العدد=2|المجلد=27|صفحات=112–115|bibcode=1992PhyEd..27..112H|اقتباس=Quoting Newton in the ''Principia'': It is not one action by which the Sun attracts Jupiter, and another by which Jupiter attracts the Sun; but it is one action by which the Sun and Jupiter mutually endeavour to come nearer together.|مؤلف=C Hellingman|doi=10.1088/0031-9120/27/2/011}}</ref><ref>{{استشهاد بكتاب|عنوان=Physics|سنة=2004|مسار= https://archive.org/details/understandingphy00kare|مؤلف=Resnick|مؤلف2=Halliday|last-author-amp=yes|طبعة=Third|ناشر=John Wiley & Sons|تاريخ=1977|صفحات=[https://archive.org/details/understandingphy00kare/page/78 78]–79|اقتباس=Any single force is only one aspect of a mutual interaction between ''two'' bodies.|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20220326103338/https://archive.org/details/understandingphy00kare|تاريخ أرشيف=2022-03-26}}</ref> وهذا يعني أنه عندما تؤثر قوة على جسم فلا بد من وجود قوة أخرى مصاحبة لها مساوية لها في المقدار ومضادة لها في الاتجاه. بعض الاحيان فإن مقدار واتجاه القوى يتحدد عن طريق جسم واحد فقط من الجسمين فمثلا عندما يؤثر جسم A على جسم آخر B بقوة فإنه يسمي بالفعل ويؤثر الجسم B على الجسم A بقوة لها نفس المقدار ولكنه في اتجاه مضاد ويسمي برد الفعل. هذا القانون عادة يسمي [[رد فعل (توضيح)|بقانون الفعل ورد الفعل]]. في مواقف أخرى يتم حساب مقدار واتجاه القوى عن طريق الجسمين معا وفي هذه الحالة لا نستخدم لفظ الفعل ورد الفعل. كلا القوتين يمكن تسميتها بالفعل ورد الفعل لأنهما قوتان غير منفصلتين ولا يمكن وجود واحدة دون الأخرى.</small><sub><big><ref name="resnick83" /></big></sub>[[ملف:thirdlaw.ogg|188x188px|تصغير| توضيح لقانون نيوتن الثالث بواسطة الفيزيائي [[والتر لوين]].<ref>[[والتر لوين]], [https://ocw.mit.edu/courses/physics/8-01-physics-i-classical-mechanics-fall-1999/video-lectures/lecture-6/ Newton’s First, Second, and Third Laws], Lecture 6. (14:11–16:00) {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170209230310/https://ocw.mit.edu/courses/physics/8-01-physics-i-classical-mechanics-fall-1999/video-lectures/lecture-6/ |date=09 فبراير 2017}} {{وصلة مكسورة|تاريخ=2020-10-13|bot=JarBot}}</ref>]] |
||
في القانون الثالث يكون القوتين من نفس النوع فمثلا عندما يؤثر الطريق على السيارة بقوة احتكاك فإن السيارة أيضا تؤثر على الطريق بقوة احتكاك أخرى. |
في القانون الثالث يكون القوتين من نفس النوع فمثلا عندما يؤثر الطريق على السيارة بقوة احتكاك فإن السيارة أيضا تؤثر على الطريق بقوة احتكاك أخرى. |
||
يمكن رؤية القانون الثالث عندما يسير شخص فإنه يؤثر على الأرض بقوة وتؤثر عليه الأرض بقوة أيضا لذلك كل من الأرض والشخص يؤثرون على بعضهما البعض كذلك يحدث هذا بين الطريق والسيارة. يمكن رؤيته أيضا عندما يكون الشخص |
يمكن رؤية القانون الثالث عندما يسير شخص فإنه يؤثر على الأرض بقوة وتؤثر عليه الأرض بقوة أيضا لذلك كل من الأرض والشخص يؤثرون على بعضهما البعض كذلك يحدث هذا بين الطريق والسيارة. يمكن رؤيته أيضا عندما يكون الشخص في الماء فإن المياه تدفع الشخص للأمام بينما يدفع الشخص الماء للخلف فكلاهما يؤثران على بعضهما.<ref>Hewitt (2006), p. 75</ref> |
||
== [[احتكاك|قوة الاحتكاك]] == |
== [[احتكاك|قوة الاحتكاك]] == |
||
سطر 86: | سطر 86: | ||
=== [[احتكاك|قوة الاحتكاك الحركي]] === |
=== [[احتكاك|قوة الاحتكاك الحركي]] === |
||
'''تعرف قوة الاحتكاك بين سطحين لجسمين متحركين ترتبط بالقوة العمودية على سطح الاحتكاك <math>N</math> بالعلاقة |
'''تعرف قوة الاحتكاك بين سطحين لجسمين متحركين ترتبط بالقوة العمودية على سطح الاحتكاك <math>N</math> بالعلاقة: |
||
: <math> F_k = m_k N </math> حيث يعرف <math>m_k</math> [[احتكاك#معامل الاحتكاك|معامل الاحتكاك الحركي]].''' |
: <math> F_k = m_k N </math> حيث يعرف <math>m_k</math> [[احتكاك#معامل الاحتكاك|معامل الاحتكاك الحركي]].''' |
||
== تراكب القوى == |
== تراكب القوى == |
||
صاغ نيوتن مبدأ |
صاغ نيوتن مبدأ «تراكب القوى» في الميكانيكا بالإضافة إلى القوانين الثلاثة للحركة التي اكتشفها |
||
ووضعها. |
ووضعها. |
||
:'''"إذا أثرت عدة قوى <math>\vec{F_1},\vec{F_2}, \ldots, \vec{F_n}</math>, في نقطة أو على جسم جاسيء، فإنها تتراكب مع بعضها البعض تراكبا [[ |
:'''"إذا أثرت عدة قوى <math>\vec{F_1},\vec{F_2}, \ldots, \vec{F_n}</math>, في نقطة أو على جسم جاسيء، فإنها تتراكب مع بعضها البعض تراكبا [[متجه|موجها]] وتنتج عنهم "محصلة" <math>\vec F</math> لتأثيرهم الجماعي."''' |
||
:<math>\vec{F_{res}} = \vec{F_1} + \vec{F_2} + \ldots + \vec{F_n}</math> |
:<math>\vec{F_{res}} = \vec{F_1} + \vec{F_2} + \ldots + \vec{F_n}</math> |
||
اعتبر هذا المبدأ فيما بعد |
اعتبر هذا المبدأ فيما بعد «قانون نيوتن الرابع». |
||
'''أمثلة |
'''أمثلة:''' |
||
(انظر [[مضلع القوى]] و |
(انظر [[مضلع القوى]] و[[متوازي أضلاع القوى]]). |
||
== اقرأ أيضا == |
== اقرأ أيضا == |
||
* [[قانون الجذب العام لنيوتن]] |
* [[قانون الجذب العام لنيوتن]] |
||
* [[ |
* [[متجه]] |
||
== المراجع == |
== المراجع == |
||
{{مراجع}} |
{{مراجع}} |
||
{{روابط شقيقة}} |
|||
{{تصنيف كومنز|Newton's laws of motion}} |
|||
{{إسحاق نيوتن}} |
{{إسحاق نيوتن}} |
||
⚫ | |||
{{ضبط استنادي}} |
{{ضبط استنادي}} |
||
⚫ | |||
[[تصنيف:اكتشافات إسحاق نيوتن]] |
[[تصنيف:اكتشافات إسحاق نيوتن]] |
||
[[تصنيف:إسحاق نيوتن]] |
[[تصنيف:إسحاق نيوتن]] |
||
سطر 119: | سطر 121: | ||
[[تصنيف:ثورة كوبرنيكوس]] |
[[تصنيف:ثورة كوبرنيكوس]] |
||
[[تصنيف:فيزياء تجريبية]] |
[[تصنيف:فيزياء تجريبية]] |
||
[[تصنيف: |
[[تصنيف:قوانين علمية]] |
||
[[تصنيف:مشاهدة علمية]] |
[[تصنيف:مشاهدة علمية]] |
||
[[تصنيف:معادلات فيزيائية]] |
[[تصنيف:معادلات فيزيائية]] |
النسخة الحالية 07:21، 6 نوفمبر 2024
قوانين نيوتن للحركة | |
---|---|
قوانين نيوتن الأول والثاني باللغة اللاتينية كما في كتاب الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية سنة 1687م
| |
النوع | مجموعة ثلاثية |
تاريخ النشر | 5 يوليو 1687[1] |
سميت باسم | إسحاق نيوتن |
صاحبها | إسحاق نيوتن |
تعديل مصدري - تعديل |
قوانين نيوتن للحركة هي ثلاثة قوانين فيزيائية تأسس علم حركة الأجسام، وتربط هذه القوانين القوى المؤثرة على الجسم بحركته. أول من جمعها هو إسحاق نيوتن، وقد استخدم هذه القوانين في تفسير العديد من الأنظمة والظواهر الفيزيائية.
نشر نيوتن قوانينه لأوَّل مرَّة في كتابه الأصول الرياضيَّة للفلسفة الطبيعيَّة Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica[2][3] الذي نُشِرت طبعته الأولى في عام 1687. استعمل نيوتن هذه القوانين ليُفسِّرَ ويتحرى حركة كثير من المنظومات الفيزيائية. مثلا في الجزء الثالث، أظهر نيوتن ان هذه القوانين بالإضافة لقانون الجذب العام قادرة على تفسير قوانين كيبلر لحركة الكواكب، ولازالت هذه القوانين إحدى أهم القوانين الفيزيائية حتى الآن.
قانون نيوتن الأول
[عدل]الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرّك يبقى متحركاً، مالم تؤثر عليه قوى ما.
ينص القانون الأول على أنه إذا كانت القوة المحصلة (المجموع الاتجاهي للقوى المؤثرة على الجسم) تساوي صفر، فإن سرعة الجسم تكون ثابتة. تعتبر السرعة كمية متجهة حيث يُعَبَّر عنها مقداراً وهي سرعة الجسم واتجاهاً وهو اتجاه حركة الجسم. عندما نقول أن سرعة الجسم ثابتة فإننا نعني أن كلا من المقدار والاتجاه ثابتين.
يمكن التعبير عن القانون الأول رياضيا كما يلي:
وبناءاً على ذلك:
- الجسم الساكن سيظل ساكن ما لم تؤثر عليه قوى خارجية.
- الجسم المتحرك لا تتغير سرعته طالما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
تسمى هذه الحالة الحركة المنتظمة. يظل الجسم على حالته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. إذا كان في حالة سكون سيظل في هذه الحالة. إذا كان الجسم متحرك فإنه سيستمر في حركته بدون تغير في اتجاهه أو سرعته. هذا يتضح في المسابر الفضائية التي تستمر في الحركة في الفضاء الخارجي. التغير في حركة الجسم يجب أن يفرض ضد قابلية الجسم للاحتفاظ بحالته من الحركة. في غياب القوة المحصلة، فإن الجسم ينوي للتحرك على طول مساره إلى أجل غير مسمى.
وضع نيوتن القانون الأول للحركة لكي يؤسس إطار مرجعي كي يتم تطبيق القوانين الأخرى. تفرض مفاهيم القانون الأول وجود إطار مرجعي واحد على الأقل يسمي إطار نيوتن والذي بدوره فإن أي جسم لا يتأثر بقوي خارجية يتحرك في خط مستقيم وبسرعة ثابتة.[4][5] يتم الإشارة إلى القانون الأول لنيوتن بقانون القصور الذاتي. لا بد لكي يتحرك الجسم في حركة منتظمة بالنسبة إلى الإطار المرجعي لنيوتن هو أن تكون مجموع القوى المؤثرة عليه تساوي صفر. يمكن التعبير عن القانون الأول كما يلي:
تعتمد حركة أي جسم في الكون في إطار مرجعي Φ على تأثير القوى والتي تتلاشى محصلتها عندما تكون سرعة الجسم ثابتة في الإطار المرجعي Φ. بناءا عليه فإن الجسم الساكن أو المتحرك يظل على حالته ما لم تؤثر عليه قوة تغير من حالته.[6]
القانون الأول والثاني لنيوتن فقط يكونان متاحان في إطار مرجعي للقصور الذاتي. أي إطار مرجعي في حالة حركة بالنسبة إلى الإطار المرجعي الذاتي يكون أيضا إطار مرجعي ذاتي.[7]
قانون نيوتن الثاني
[عدل]إذا أثرت قوة على جسم ما فإنها تكسبه تسارعاً، يتناسب طردياً مع قوته وعكسيا مع كتلته.
يمكن التعبير عن القانون الثاني باستخدام تسارع الجسم. يتم تطبيق القانون الثاني على الأنظمة ثابتة الكتلة [8][9][10] لذا فإن m تكون كمية ثابتة وبالتالي لا تدخل في نطاق عملية التفاضل طبقا لنظرية المعامل الثابت في التفاضل:
حيث F هي القوة المحصلة، m هي كتلة الجسم و a هي تسارع الجسم. القوة المؤثرة على الجسم ينتج عنها تسارع في حركة الجسم ويمكن التعبير عنها أيضا أنه إذا كان الجسم في حالة تسارع فإنه يؤثر عليه قوة.
عند تفاضل كمية الحركة بالنسبة للزمن فإن ناتج التفاضل لا يساوي صفر طالما هناك تغير في اتجاه كمية الحركة حتى إذا لم يكن هناك تغير في المقدار مثل الحركة الدائرية المنتظمة. تطبق هذه العلاقة مبدأ الحفاظ على كمية التحرك وهو أنه عندما تكون مجموع القوى المحصلة المؤثرة على الجسم تساوي صفر فإن كمية الحركة للجسم تظل ثابتة. تساوي القوة المحصلة معدل التغير في كمية التحرك.
يحدث تغير في كمية الحركة عند اكتساب أو فقد النظام للكتلة وذلك دون وجود قوة خارجية تؤثر على النظام. المعادلة التفاضلية هنا تكون ضرورية للنظام متغير الكتلة. (انظر أدناه)
يحتاج القانون الثاني إلى تعديل عند أخذ النسبية الخاصة في الاعتبار، لأنه عند السرعات العالية فإن التعبير عن كمية الحركة التي هي عبارة عن حاصل ضرب الكتلة والسرعة يكون غير دقيق.
اندفاع
[عدل]يحدث الاندفاع J عندما تظل قوة مؤثرة على نظام لفترة من الزمن Δt ونعبر عنها بالعلاقة:[11][12]
حيث أن القوة هي تفاضل كمية الحركة بالنسبة للزمن فإن العلاقة تكون:
العلاقة بين الاندفاع وكمية التحرك قريبة من منطوق قانون نيوتن الثاني.[13]
الاندفاع هو مبدأ دائما يستخدم لتحليل التصادمات.[14]
نظام متغير الكتلة
[عدل]النظام المتغير الكتلة مثل الصاروخ الحارق للوقود ويخرج في صورة غازات هو نظام ليس مغلق ولا يمكن جعل الكتلة دالة في الزمن فقط في القانون الثاني [9]، العلاقة الآتيه خاطئة:[10]
الشئ الخاطئ في هذه العلاقة هي أنها لا تأخذ في اعتبارها إطار غاليلي المرجعي: جسم متغير الكتلة ولا يؤثر عليه كتلة (F = 0) في إطار ما إذا نظرنا إليه من إطار مرجعي آخر سنجد أن القوة لا تساوي صفر.[8] المعادلة الصحيحة لنظام متغير الكتلة إما عن طريق طردها أو إدخالها للنظام يمكن الحصول عليها من القانون الثاني للنظام ثابت الكتلة المتكون من الجسم والكتلة المتغيرة، ينتج عن هذا:[8]
السرعة u هي السرعة النسبية للكتلة الداخلة أو الخارجة من النظام بالنسبة للجسم. من هذه المعادلة يمكننا اشتقاق معادلة الحركة لنظام متغير الكتلة. على سبيل المثال معادلة تسالكوفسكي الصاروخية وتحت بعض الاتفاقيات فإن الكمية u dm/dt التي تمثل نقل كمية التحرك يمكن تعريفها كقوة تؤثر على الجسم عن طريق تغير الكتلة مثل خرج الصاروخ من الغازات التي تمثل قوة دفع للصاروخ ويتم إضاقتها في كمية القوى F وبالتالي يمكن اختصارها في المعادلة F = ma.
قانون نيوتن الثالث
[عدل]لكل قوة فعل قوة رد فعل، مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. القانون الثالث ينص على جميع القوي بين جسمين وتكون متساوية في المقدار ومتضادة في الاتجاه: إذا وجد جسم A يؤثر بقوة FA على جسم آخر B، فإن الجسم B يؤثر بقوة FB على الجسم A والقوتين متساويتان في المقدار ومتضادتان في الاتجاه FA = −FB.[15] يعني القانون الثالث أن القوة المؤثرة هي قوى متبادلة على الاجسام المختلفة [16][17] وهذا يعني أنه عندما تؤثر قوة على جسم فلا بد من وجود قوة أخرى مصاحبة لها مساوية لها في المقدار ومضادة لها في الاتجاه. بعض الاحيان فإن مقدار واتجاه القوى يتحدد عن طريق جسم واحد فقط من الجسمين فمثلا عندما يؤثر جسم A على جسم آخر B بقوة فإنه يسمي بالفعل ويؤثر الجسم B على الجسم A بقوة لها نفس المقدار ولكنه في اتجاه مضاد ويسمي برد الفعل. هذا القانون عادة يسمي بقانون الفعل ورد الفعل. في مواقف أخرى يتم حساب مقدار واتجاه القوى عن طريق الجسمين معا وفي هذه الحالة لا نستخدم لفظ الفعل ورد الفعل. كلا القوتين يمكن تسميتها بالفعل ورد الفعل لأنهما قوتان غير منفصلتين ولا يمكن وجود واحدة دون الأخرى.[15]
في القانون الثالث يكون القوتين من نفس النوع فمثلا عندما يؤثر الطريق على السيارة بقوة احتكاك فإن السيارة أيضا تؤثر على الطريق بقوة احتكاك أخرى.
يمكن رؤية القانون الثالث عندما يسير شخص فإنه يؤثر على الأرض بقوة وتؤثر عليه الأرض بقوة أيضا لذلك كل من الأرض والشخص يؤثرون على بعضهما البعض كذلك يحدث هذا بين الطريق والسيارة. يمكن رؤيته أيضا عندما يكون الشخص في الماء فإن المياه تدفع الشخص للأمام بينما يدفع الشخص الماء للخلف فكلاهما يؤثران على بعضهما.[19]
وهي القوة التي تقاوم الحركة بسبب تلامس سطح جسم يتحرك مع سطح آخر. مثال: مقاومة الماء لسفينة تسير فيه، أو مقاومة الهواء لسير السيارة أو لراكب الدراجة.
قوة الاحتكاك الساكن
[عدل]تمثل أقل قوة لتحريك الجسم الساكن ترتبط بالقوة العمودية على سطح الاحتكاك بالعلاقة: حيث يعرف ثابت التناسب باسم معامل الاحتكاك الساكن.
تعرف قوة الاحتكاك بين سطحين لجسمين متحركين ترتبط بالقوة العمودية على سطح الاحتكاك بالعلاقة:
- حيث يعرف معامل الاحتكاك الحركي.
تراكب القوى
[عدل]صاغ نيوتن مبدأ «تراكب القوى» في الميكانيكا بالإضافة إلى القوانين الثلاثة للحركة التي اكتشفها ووضعها.
- "إذا أثرت عدة قوى , في نقطة أو على جسم جاسيء، فإنها تتراكب مع بعضها البعض تراكبا موجها وتنتج عنهم "محصلة" لتأثيرهم الجماعي."
اعتبر هذا المبدأ فيما بعد «قانون نيوتن الرابع».
أمثلة:
(انظر مضلع القوى ومتوازي أضلاع القوى).
اقرأ أيضا
[عدل]المراجع
[عدل]- ^ https://www.britannica.com/science/Newtons-laws-of-motion.
{{استشهاد ويب}}
:|url=
بحاجة لعنوان (مساعدة) والوسيط|title=
غير موجود أو فارغ (من ويكي بيانات) (مساعدة) - ^ Sir Isaac; Chittenden, N. W. (1850). Newton's Principia: The Mathematical Principles of Natural Philosophy (بالإنجليزية). Geo. P. Putnam. Archived from the original on 2020-07-04.
- ^ George (2008). Edward N. (المحرر). The Stanford Encyclopedia of Philosophy (ط. Winter 2008). Metaphysics Research Lab, Stanford University. مؤرشف من الأصل في 2020-06-12.
- ^ Galili, I.؛ Tseitlin, M. (2003). "Newton's First Law: Text, Translations, Interpretations and Physics Education". Science & Education. ج. 12 ع. 1: 45–73. Bibcode:2003Sc&Ed..12...45G. DOI:10.1023/A:1022632600805. ISSN:0926-7220. مؤرشف من الأصل في 2020-04-02. اطلع عليه بتاريخ أغسطس 2020.
{{استشهاد بدورية محكمة}}
: تحقق من التاريخ في:|تاريخ الوصول=
(مساعدة) - ^ NMJ Woodhouse (2003). Special relativity. London/Berlin: Springer. ص. 6. ISBN:1-85233-426-6. مؤرشف من الأصل في 2020-04-02.
- ^ Beatty, Millard F. (2006). Principles of engineering mechanics Volume 2 of Principles of Engineering Mechanics: Dynamics-The Analysis of Motion,. Springer. ص. 24. ISBN:0-387-23704-6. مؤرشف من الأصل في 2020-04-02.
- ^ Thornton, Marion (2004). Classical dynamics of particles and systems (ط. 5th). Brooks/Cole. ص. 53. ISBN:0-534-40896-6. مؤرشف من الأصل في 2020-04-02.
{{استشهاد بكتاب}}
:|archive-date=
/|archive-url=
timestamp mismatch (مساعدة) - ^ ا ب ج Plastino، Angel R.؛ Muzzio, Juan C. (1992). "On the use and abuse of Newton's second law for variable mass problems". Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy. Netherlands: Kluwer Academic Publishers. ج. 53 ع. 3: 227–232. Bibcode:1992CeMDA..53..227P. DOI:10.1007/BF00052611. ISSN:0923-2958. "We may conclude emphasizing that Newton's second law is valid for constant mass only. When the mass varies due to accretion or ablation, [an alternate equation explicitly accounting for the changing mass] should be used."
- ^ ا ب Halliday؛ Resnick. Physics. ج. 1. ص. 199. ISBN:0-471-03710-9.
It is important to note that we cannot derive a general expression for Newton's second law for variable mass systems by treating the mass in F = dP/dt = d(Mv) as a variable. [...] We can use F = dP/dt to analyze variable mass systems only if we apply it to an entire system of constant mass having parts among which there is an interchange of mass.
[Emphasis as in the original] - ^ ا ب Kleppner، Daniel؛ Robert Kolenkow (1973). An Introduction to Mechanics. McGraw-Hill. ص. 133–134. ISBN:0-07-035048-5. مؤرشف من الأصل في 2020-01-03.
Recall that F = dP/dt was established for a system composed of a certain set of particles[. ... I]t is essential to deal with the same set of particles throughout the time interval[. ...] Consequently, the mass of the system can not change during the time of interest.
- ^ Hannah, J, Hillier, M J, Applied Mechanics, p221, Pitman Paperbacks, 1971
- ^ Raymond A. Serway؛ Jerry S. Faughn (2006). College Physics. Pacific Grove CA: Thompson-Brooks/Cole. ص. 161. ISBN:0-534-99724-4. مؤرشف من الأصل في 2020-04-02.
{{استشهاد بكتاب}}
:|archive-date=
/|archive-url=
timestamp mismatch (مساعدة) - ^ I Bernard Cohen (Peter M. Harman & Alan E. Shapiro, Eds) (2002). The investigation of difficult things: essays on Newton and the history of the exact sciences in honour of D.T. Whiteside. Cambridge UK: Cambridge University Press. ص. 353. ISBN:0-521-89266-X. مؤرشف من الأصل في 2020-04-02.
{{استشهاد بكتاب}}
:|archive-date=
/|archive-url=
timestamp mismatch (مساعدة) - ^ WJ Stronge (2004). Impact mechanics. Cambridge UK: Cambridge University Press. ص. 12 ff. ISBN:0-521-60289-0. مؤرشف من الأصل في 2020-04-02.
{{استشهاد بكتاب}}
:|archive-date=
/|archive-url=
timestamp mismatch (مساعدة) - ^ ا ب Resnick؛ Halliday؛ Krane (1992). Physics, Volume 1 (ط. 4th). ص. 83.
- ^ C Hellingman (1992). "Newton's third law revisited". Phys. Educ. ج. 27 ع. 2: 112–115. Bibcode:1992PhyEd..27..112H. DOI:10.1088/0031-9120/27/2/011.
Quoting Newton in the Principia: It is not one action by which the Sun attracts Jupiter, and another by which Jupiter attracts the Sun; but it is one action by which the Sun and Jupiter mutually endeavour to come nearer together.
- ^ Resnick؛ Halliday (1977). Physics (ط. Third). John Wiley & Sons. ص. 78–79. مؤرشف من الأصل في 2022-03-26.
Any single force is only one aspect of a mutual interaction between two bodies.
{{استشهاد بكتاب}}
: تحقق من التاريخ في:|سنة=
لا يطابق|تاريخ=
(مساعدة) والوسيط غير المعروف|last-author-amp=
تم تجاهله يقترح استخدام|name-list-style=
(مساعدة) - ^ والتر لوين, Newton’s First, Second, and Third Laws, Lecture 6. (14:11–16:00) نسخة محفوظة 09 فبراير 2017 على موقع واي باك مشين. [وصلة مكسورة]
- ^ Hewitt (2006), p. 75