بطاقة الدرس:
- عنوانه: القانون الثاني والقانون الثالث في الحركة لنيوتن
- ترتيبه: الثاني من الوحدة الثالثة «القوى».
- مادة: الفيزياء.
- الصف: العاشر الأساسي.
- الفصل الدراسي: الأول.
- المدارس: الأردنية.
- الهدف: شرح وتلخيص/مراجعة وحل أسئلة.
- الدرس السابق: القانون الأول لنيوتن في الحركة
هل تعلم..
- القانون الأول لنيوتن: يقدم لنا وصفا لحالة الجسم الحركية عندما تكون القوة المحصلة المؤثرة فيه صغرًا من دون توضيح كيفية تغير حالة الجسم الحركية عندما تؤثر فيه قوة محصلة لا تساوي صفرًا.
- القانون الثاني لنيوتن: جاء لاستكمال العلاقة بين القوة والحركة وذلك بوصف حركة جسم تؤثر فيه قوة محصلة.
القوة والتسارع
العلاقة بين القوة والتسارع علاقة خطية طردية: فكلما زادت القوة المحصلة في الجسم زاد تسارع الجسم عند زيادة كتلته.
- يبين الشكل الآتي الرسم البياني العلاقة بين مقدار القوة المحصلة المؤثرة في جسم ومقدار تسارعه عند ثبات كتلته.
- الميل ثابت وهو يساوي كتلة الجسم.
الكتلة والتسارع
العلاقة بين الكتلة والتسارع علاقة عكسية: فكلما زادت كتلة الجسم قل تسارع الجسم عند ثبات القوة المحصلة المؤثرة فيه.
يبين الشكل الآتي الرسم البياني العلاقة بين التسارع والكتلة عند ثبات مقدار القوة المحصلة المؤثرة في الجسم.
سؤال: ما هو نص القانون الثاني لنيوتن؟
ج: يتناسب تسارع الجسم طردياً مع القوة المحصلة المؤثرة فيه ويتناسب عكسياً مع كتلته.
يمكن كتابة القانون الثاني لنيوتن في الصورة الآتية: ΣF = ma
سؤال: تمعن الصورتين أدناه ثم أجب عن الأسئلة الآتية:
1) أي السيارتين تؤثر فيها قوة محصلة أكبر؟ ولماذا؟
ج: السيارة في الشكل (b) تؤثر بها قوة محصلة أكبر لأن أكثر من شخص يدفعها في الاتجاه نفسه مما يعني أن مقدار القوة المحصلة يساوي مجموع مقادير القوى التي يؤثرون بها.
2) أي السيارتين تتغير سرعتها بمقدار أكبر؟ ولماذا؟
ج: السيارة في الشكل (b) لأن مقدار القوة المحصلة المؤثرة فيها أكبر وبما أن الكتلة ثابتة للسيارة في الشكلين فالعلاقة بين مقدار القوة ومقدار التسارع علاقة خطية طردية عند ثبوت الكتلة.
سؤال: بحسب قانون نيوتن الأول ما الذي يحدث لحالة الجسم الحركية عندما لا تساوي القوة المحصلة المؤثرة فيه صفرا؟
ج: تتغير حالته الحركية (يتحرك من السكون أو تتزايد سرعته أو تتناقص سرعته أو يتغير اتجاه سرعته أو يتغير مقدار سرعته واتجاهها معا).
سؤال: بحسب قانون نيوتن الثاني ما الذي يحدث لحالة الجسم الحركية عند تأثير قوة محصلة فيه؟
ج: يكتسب الجسم تسارعًا إذ أن العلاقة بين القوة والتسارع علاقة طردية خطية.
ملاحظات مهمة:
يكون اتجاه التسارع دائماً في اتجاه القوة المحصلة.
يجب مراعاة وحدات القياس عند التعويض في قانون نيوتن الثاني:
- F→N
- a→ m/s²
- m→Kg
يمكننا أن نقول: (1N=1Kg.m/s²).
سؤال: ما هو تعريف وحدة قياس القوة (N)؟
هو مقدار القوة المحصلة التي يلزم التأثير بها في جسم كتلته (kg 1) لإكسابه تسارعا مقداره (1m/s²) في اتجاهها.
ملاحظات مهمة:
- القوة المحصلة الأفقية تكسب الجسم تسارعا أفقيا.
- القوة المحصلة الرأسية تكسب الجسم تسارعا رأسيا.
ΣFx = max
ΣFy = may
القانون الأول لنيوتن يعد حالة خاصة من قانونه الثاني، فإذا كانت القوة المحصلة المؤثرة في جسم صغرًا فإن تسارعه يكون صفرًا وعندئذ يكون الجسم ساكنا أو متحركا بسرعة ثابتة مقدارًا واتجاها أي يكون متزنا.
ΣF = 0
a = 0
سؤال: جد القوة المحصلة التي يلزم التأثير بها في صندوق كتلته (20Kg) لإكسابه تسارعاً أفقياً مقداره (2m/s²) جهة اليمين؟
الإجابة:
ΣFx = max = 20 × 2 = 40N.
يكون اتجاه التسارع دائماً في اتجاه القوة المحصلة: ΣFx = 40N ,+x
سؤال: السرعة المتجهة للسيارة بعد مرور (10s) من بدء سحبها.
ج: V2 = V1 + at → V2 = 0 + 0.75×10 = 7.5m/s, +x
القانون الثالث لنيوتن في الحركة
- القانون الأول لنيوتن ← وصف الحالة الحركية لجسم ما عندما تكون القوة المحصلة المؤثرة فيه تساوي
صفرا. - القانون الثاني لنيوتن ← قدم تفسير لكيفية تغير تسارع الجسم عندما تؤثر فيه قوة محصلة.
- القانون الثالث لنيوتن ← يدرس طبيعة القوى المتبادلة بين الأجسام.
سؤال: ما هو نص القانون الثالث لنيوتن؟
ج: إذا تفاعل جسمان فإن القوة التي يؤثر بها الجسم (A) في الجسم (B) تساوي القوة التي يؤثر بها الجسم (B) في الجسم (A) من حيث المقدار وتعاكسها من حيث الاتجاه.
سؤال: أعط أمثلة توضيحية على قانون نيوتن الثالث؟
الإجابة:
- عند إفلات بالون منفوخ يندفع الهواء من فوهته إلى اليسار بينما يندفع البالون في الاتجاه المعاكس إلى اليمين.
- عند تقريب مغناطيس فإن كل منهما يسحب الآخر أو يدفعه بقوة مجال.
- عند الاستناد على أحد الجدران فإن جسمي يؤثر بقوة تلامس في الجدار ويؤثر لجدار بقوة تلامس في جسمي.
سؤال: بالاعتماد على قانون نيوتن الثالث وضح ماذا يحدث عند تقريب القطب الشمالي لمغناطيس إلى القطب الجنوبي لمغناطيس آخر؟
ج: نلاحظ من خلال الشكل أن القطب الشمالي للمغناطيس (A) يؤثر بقوة تجاذب (FAB) في القطب الجنوبي للمغناطيس (B) و أن القطب الجنوبي للمغناطيس (B) يؤثر بقوة تجاذب (FBA) في القطب الشمالي للمغناطيس (A)، وتكون هاتين القوتين متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه.
ملاحظات مهمة:
- يُعرف قانون نيوتن الثالث باسم قانون الفعل ورد الفعل.
- يمكن إعادة صياغة قانون نيوتن الثالث على النحو الآتي:
“لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه”.
- القوى في الطبيعة توجد في صورة أزواج أي فعل ورد فعل) ولا توجد منفردة.
كمثال توضيحي عند ملامسة قدم اللاعب للكرة فإنه يؤثر فيها بقوة (FAB) في الاتجاه الموضح في الشكل وفي اللحظة نفسها تؤثر الكرة في قدم اللاعب بقوة (FBA) تكون مساوية في المقدار للقوة (FAB) لكنها معاكسه في الاتجاه. ← تعرف هاتان القوتان أيضا باسم زوجي التأثير المتبادل.
سؤال: ماذا نعني بقولنا: “أن قوتي الفعل ورد الفعل متزامنتان”؟
ج: قوة الفعل ورد الفعل “متزامنان” ولا يحدث أحدهما قبل الآخر إنما ينشأن معا ويختفيان معا لذلك من الخطأ أن نقول أن رد العفل للدلالة على وقوع حدث بعد وقوع حدث آخر استجابة له.
سؤال: ماذا نعني بقولنا: “أن قوة الفعل، وقوة رد الفعل، يؤثران في جسمين مختلفين”؟
الإجابة:
قوة الفعل، وقوة رد الفعل هما قوتان لا تؤثران على نفس الجسم بل هما قوتان متبادلتان بين جسمين مختلفين دائما.
كمثال توضيحي يمثل الشكل كتابًا يتزن على سطح طاولة أفقي و فيه يؤثر وزن الكتاب بقوة في سطح الطاولة إلى أسفل (FBT)، ويؤثر سطح الطاولة بقوة في الكتاب إلى أعلى (FTB).
هاتان القوتان تؤثران في جسمين مختلفين وتنشأ ان معا وتختفيان معا. وبالمثل تؤثر الأرض بقوة جذب في الكتاب إلى أسفل (FEB) ويؤثر الكتاب بقوة جذب في الأرض إلى أعلى (FBE) وهاتان القوتان تمثلان زوجي التأثير المتبادل.
سؤال: هل يمكن إيجاد محصلة قوة الفعل ورد الفعل؟ فسر إجابتك..
ج: لا، لأن قوتي الفعل ورد الفعل تؤثران في جسمين مختلفين ولا تؤثران في الجسم نفسه لذا لا تحسب محصلتهما وإنما تحسب القوة المحصلة للقوى عندما تؤثر في الجسم نفسه.
سؤال: ما العلاقة بين الفعل ورد الفعل؟
ج: متساويان في المقدار ومتعاكسان في الاتجاه.
سؤال: ماذا نعني بقولنا: “أن قوتي الفعل ورد الفعل متجانستان”؟
ج: أي أن لهما الطبيعة نفسها فإذا كان الفعل قوة جذب فإن رد الفعل يكون قوة جذب وإذا كان الفعل يكون قوة كهربائية فإن رد الفعل يكون قوة كهربائية وهكذا…
حل أسئلة مراجعة الدرس الثاني من الوحدة الثالثة
سؤال: علام يعتمد تسارع أي جسم؟ هل يمكن أن توجد قوة منفردة في الطبيعة؟
ج: يتناسب تسارع أي جسم طرديًا مع القوة المحصلة المؤثرة فيه وعكسيًا مع كتلته، وتوجد القوى في الطبيعة في صورة أزواج، ولا يمكن أن توجد قوة منفردة.
سؤال: لكل زوج ممّا يأتي، حدد أيهما قصوره الذاتي أكبر؟
1) سيارة صغيرة وشاحنة. ← القصور الذاتي للشاحنة أكبر.
2) كرة قدم وكرة تنس طاولة. ← القصور الذاتي لكرة القدم أكبر.
3) كرة تنس وحجر لهما الكتلة نفسها. ← لهما القصور الذاتي نفسه.
⇐ درس مُقترح للمراجعة: الحركة في بعدين