ما العلاقة بين القوة المحصلة وسرعة الجسم المتحرك للحصول على حركة دائرية منتظمة

السؤال: ما العلاقة بين القوة المحصلة وسرعة الجسم المتحرك للحصول على حركة دائرية منتظمة؟

• الإجابة: تنشأ الحركة الدائرية المنتظمة عندما تكون القوة المحصلة المؤثرة على الجسم عمودية باستمرار على متجه سرعته اللحظية.

شرح الإجابة:

لكي يتحرك جسم في مسار دائري بدلاً من خط مستقيم، يجب أن تؤثر عليه قوة بشكل متواصل تسحبه نحو نقطة مركزية. هذه القوة، التي نطلق عليها القوة المحصلة أو القوة الجاذبة المركزية، هي المسؤولة عن تغيير اتجاه حركة الجسم دون أن تغير من مقدار سرعته، وهذا هو جوهر الحركة الدائرية المنتظمة.

يترتب على هذا الترتيب الهندسي الفريد، حيث تكون زاوية التأثير بين القوة والسرعة 90 درجة تماماً، نتيجة حاسمة. فالقوة لا تبذل شغلاً على الجسم، وبالتالي لا تضيف طاقة إلى حركته أو تسلبها منه. وظيفتها تقتصر على إعادة توجيه مسار الجسم في كل لحظة، تماماً مثلما توجه يدك خيطاً مربوطاً بحجر لتدويره في دائرة.

ولتتضح الصورة أكثر، تخيل أن سرعة الجسم هي رغبته في الانطلاق للأمام في خط مستقيم مماس للدائرة عند أي نقطة. في المقابل، القوة المحصلة هي الجذب المستمر نحو الداخل باتجاه المركز. هذا التعارض الدائم بين الرغبة في الحركة المستقيمة والجذب المركزي هو ما يُجبر الجسم على الانحناء في مساره، راسماً بذلك محيط الدائرة بشكل متقن.

ومن هنا، ندرك أن العلاقة ليست مجرد علاقة سببية، بل هي شرط هندسي دقيق. فلو انعدمت هذه القوة فجأة، لانطلق الجسم في خط مستقيم مماسي للدائرة عند النقطة التي اختفت عندها القوة، متبعاً بذلك آخر اتجاه لسرعته اللحظية. هذا يؤكد أن استمرارية الحركة الدائرية تعتمد كلياً على وجود هذه القوة العمودية وثباتها.