حل سؤال: محصلة القوى لجسم معلق بزنبرك تساوي صفراً عندما يصل الجسم إلى أعلى نقطة في اهتزازه . صواب خطأ
اجابة السؤال هي: خطأ.
شرح الإجابة :
لنفترض أن لدينا جسمًا معلقًا بزنبرك ويتحرك حركة توافقية بسيطة، أي يهتز صعودًا وهبوطًا حول نقطة اتزان معينة. الآن، دعنا نركز على اللحظة التي يصل فيها الجسم إلى أعلى نقطة في مساره.
في تلك اللحظة، قد يبدو للوهلة الأولى أن الجسم ثابت ولا يتحرك، وبالتالي فإن محصلة القوى المؤثرة عليه تساوي صفرًا. لكن هذا ليس صحيحًا تمامًا. لنستعرض القوى المؤثرة على الجسم بشكل أكثر دقة.
أولًا، هناك قوة الجاذبية الأرضية التي تسحب الجسم إلى الأسفل. هذه القوة ثابتة وتعتمد على كتلة الجسم وتسارع الجاذبية الأرضية. ثانيًا، هناك قوة الزنبرك التي تدفع الجسم إلى الأعلى. تعتمد قوة الزنبرك على مقدار استطالة الزنبرك أو انضغاطه، وكلما زادت الاستطالة أو الانضغاط، زادت القوة.
عندما يكون الجسم في أعلى نقطة في مساره، يكون الزنبرك في حالة انضغاط، أي أنه مضغوط أكثر من وضعه الطبيعي. هذا الانضغاط يولد قوة دفع إلى الأعلى. السؤال هنا: هل قوة الزنبرك هذه تعادل تمامًا قوة الجاذبية الأرضية؟
الإجابة هي: لا. لو كانت القوتان متساويتين، لظل الجسم معلقًا في مكانه في الأعلى ولتوقف عن الحركة. لكن الواقع أن الجسم لا يتوقف، بل يبدأ في النزول. هذا يعني أن قوة الجاذبية الأرضية أكبر من قوة الزنبرك في تلك اللحظة، حتى وإن كانت قوة الزنبرك كبيرة نسبيًا.
بعبارة أخرى، هناك قوة محصلة تؤثر على الجسم في اتجاه الأسفل، وهي الفرق بين قوة الجاذبية وقوة الزنبرك. هذه القوة المحصلة هي التي تتسبب في تسارع الجسم نحو الأسفل وبدء حركته في الاتجاه المعاكس.
لكن متى تكون محصلة القوى المؤثرة على الجسم تساوي صفرًا؟ هذا يحدث فقط عند نقطة الاتزان. عند هذه النقطة، تكون قوة الزنبرك مساوية تمامًا لقوة الجاذبية الأرضية، ويكون الجسم في حالة سكون لحظي. لكن هذه اللحظة عابرة جدًا، فسرعان ما يبدأ الجسم في التحرك إما إلى الأعلى أو إلى الأسفل بسبب تغير قوة الزنبرك.
في الواقع، الحركة التوافقية البسيطة هي حركة متسارعة باستمرار، بمعنى أن سرعة الجسم تتغير باستمرار، وبالتالي فإن هناك دائمًا قوة محصلة تؤثر عليه إلا في نقطة الاتزان. هذه القوة المحصلة تتناسب مع إزاحة الجسم عن نقطة الاتزان، أي المسافة بين موقع الجسم ونقطة الاتزان.
في النهاية، يمكننا القول أن محصلة القوى المؤثرة على جسم معلق بزنبرك لا تساوي صفرًا عندما يصل الجسم إلى أعلى نقطة في اهتزازه، بل تكون هناك قوة محصلة في اتجاه الأسفل تتسبب في بدء حركة الجسم نحو الأسفل. ولفهم هذا الأمر بشكل أعمق، يجب علينا دراسة مفاهيم القوة، والجاذبية، وقانون هوك الذي يصف قوة الزنبرك، بالإضافة إلى الحركة التوافقية البسيطة وكيف تتغير القوى المؤثرة على الجسم أثناء هذه الحركة.