السؤال: تستقر زلاجة وزنها 52N على ثلج متراكم فإذا كان معامل الاحتكاك الحركي بين الزلاجة والثلج 0.12 وجلس شخص وزنه 650N على الزلاجة فما مقدار القوة اللازمة لسحب الزلاجة على الثلج بسرعة ثابتة
شرح الإجابة:
عند تحليل هذا النوع من المسائل الفيزيائية، لا بد أولاً من فهم طبيعة الحركة المطلوبة. بما أن المطلوب هو سحب الزلاجة بسرعة ثابتة، فإننا نتعامل مع حالة اتزان ديناميكي، أي أن القوة المؤثرة في اتجاه الحركة يجب أن تعادل تمامًا القوة المقاومة الناتجة عن الاحتكاك، دون أن يكون هناك أي تسارع.
نبدأ بتحديد القوة العمودية المؤثرة على سطح الثلج، وهي ناتجة عن الوزن الكلي للجسمين: الزلاجة والشخص الجالس فوقها. وزن الزلاجة هو 52 نيوتن، ووزن الشخص 650 نيوتن، وبالتالي فإن القوة العمودية الكلية تساوي:
702 نيوتن = 52 + 650
بعد ذلك ننتقل إلى حساب قوة الاحتكاك الحركي، وهي القوة التي تعارض حركة الزلاجة على سطح الثلج. يتم حساب هذه القوة باستخدام العلاقة التالية:
قوة الاحتكاك = معامل الاحتكاك الحركي × القوة العمودية
وبتطبيق القيم المعطاة:
قوة الاحتكاك = 0.12 × 702 = 84.24 نيوتن
نقرب الناتج إلى أقرب عدد صحيح، فنحصل على:
84 نيوتن
إقرأ أيضا:اكتب نظاما من معادلتين يمكن حله بضرب إحدى معادلتيه في 3 ثم جمع المعادلتين معاوهنا تبرز أهمية فهم العلاقة بين القوى المؤثرة. بما أن الزلاجة تتحرك بسرعة ثابتة، فإن القوة التي نسحب بها يجب أن تكون مساوية تمامًا لقوة الاحتكاك، كي لا يحدث أي تغير في السرعة. أي أن:
إقرأ أيضا:من الغيبة مناداة سالم لزميله عمر الضعيف في دراسته بالمتفوق إحراجا له عند زملائهقوة السحب المطلوبة = قوة الاحتكاك = 84 نيوتن
هذا التوازن بين القوى يضمن استمرار الحركة دون تسارع أو توقف، وهو ما يميز الحركة المنتظمة في الفيزياء. ومن خلال هذا المثال، يتضح كيف أن تطبيق القوانين الفيزيائية الأساسية مثل قانون نيوتن الأول ومعادلة الاحتكاك يمكن أن يقودنا إلى نتائج دقيقة ومفهومة، حتى في سياقات الحياة اليومية مثل سحب زلاجة على الثلج.