حل سؤال: إذا أثرت قوة مقدارها 10 نيوتن على جسم كتلته 2 كيلوجرام، فإن مقدار التسارع هو:
إجابة السؤال هي: التسارع (ت) = 5 متر/ثانية².
شرح الإجابة:
لكي نفهم كيف توصلنا إلى هذه الإجابة، نحتاج إلى استعراض بعض المفاهيم الأساسية في علم الفيزياء، وتحديدًا قوانين الحركة التي وضعها العالم إسحاق نيوتن. يعتبر نيوتن أحد أبرز العلماء الذين ساهموا في فهمنا للعالم من حولنا، وقوانينه للحركة هي حجر الزاوية في علم الميكانيكا الكلاسيكية.
القانون الثاني لنيوتن هو المفتاح لحل هذه المسألة. هذا القانون يوضح العلاقة بين القوة المؤثرة على جسم، وكتلة هذا الجسم، والتسارع الذي يكتسبه. ببساطة، ينص القانون على أن القوة تساوي حاصل ضرب الكتلة في التسارع. رياضياً، يمكن التعبير عن هذا القانون بالصيغة التالية:
القوة (ق) = الكتلة (ك) × التسارع (ت)
أو: ق = ك × ت
في هذه المسألة، لدينا معطيات محددة: القوة المؤثرة على الجسم تبلغ 10 نيوتن، وكتلة الجسم تبلغ 2 كيلوجرام. المطلوب هو حساب التسارع الذي سيكتسبه الجسم نتيجة لهذه القوة.
لإيجاد التسارع، يمكننا إعادة ترتيب القانون الثاني لنيوتن ليصبح:
التسارع (ت) = القوة (ق) ÷ الكتلة (ك)
الآن، يمكننا ببساطة تعويض القيم المعطاة في القانون:
إقرأ أيضا:حدد ما إذا كانت العباراة المركبة الآتية صحيحة أم لا، فسر إجابتك العدد 5 أولي أو العدد 2 فرديت = 10 نيوتن ÷ 2 كيلوجرام
وهذا يعطينا:
ت = 5 متر/ثانية²
إذًا، التسارع الذي سيكتسبه الجسم نتيجة لتأثير القوة هو 5 متر لكل ثانية مربعة. ماذا يعني هذا الرقم تحديدًا؟
الوحدة “متر/ثانية²” تعني أن سرعة الجسم تزداد بمقدار 5 أمتار في كل ثانية. تخيل أن الجسم كان ساكنًا في البداية، بعد مرور ثانية واحدة، ستكون سرعته 5 أمتار في الثانية. بعد مرور ثانية أخرى، ستصبح سرعته 10 أمتار في الثانية، وهكذا. هذا هو مفهوم التسارع ببساطة.
لكن لماذا نحتاج إلى فهم هذه المفاهيم؟ الفيزياء ليست مجرد مجموعة من القوانين والمعادلات التي نحفظها عن ظهر قلب. إنها طريقة لفهم العالم من حولنا، والتنبؤ بكيفية تصرف الأجسام والمواد المختلفة في ظل ظروف معينة. فهمنا لقوانين الحركة، على سبيل المثال، يسمح لنا بتصميم الطائرات والسيارات والصواريخ، وفهم حركة الكواكب والنجوم في الفضاء.
علاوة على ذلك، فإن فهم قوانين نيوتن يساعدنا في تفسير العديد من الظواهر اليومية التي نراها من حولنا. لماذا تسقط التفاحة من الشجرة؟ لماذا يصعب تحريك جسم ثقيل؟ لماذا نحتاج إلى بذل جهد أكبر لتسريع سيارة كبيرة مقارنة بسيارة صغيرة؟ كل هذه الأسئلة يمكن الإجابة عليها باستخدام قوانين نيوتن.
الجدير بالذكر أن وحدة قياس القوة، وهي النيوتن، مشتقة من القانون الثاني لنيوتن نفسه. النيوتن الواحد هو القوة اللازمة لتسريع جسم كتلته 1 كيلوجرام بمعدل 1 متر/ثانية². هذا يوضح كيف أن المفاهيم الفيزيائية المختلفة مترابطة ومتكاملة.
إقرأ أيضا:قدر الناتج بتقريب الأعداد إلى اقرب عشرة ٢٤٧من ناحية أخرى، تجدر الإشارة إلى أن هذه المسألة تفترض أن القوة المؤثرة على الجسم ثابتة وفي اتجاه واحد. في الواقع، قد تكون القوة متغيرة أو قد تكون هناك قوى أخرى تؤثر على الجسم في اتجاهات مختلفة. في هذه الحالات، يصبح حل المسألة أكثر تعقيدًا ويتطلب استخدام مفاهيم رياضية وفيزيائية إضافية.
إقرأ أيضا:اشترك 58% من طلاب مدرسة ما في مسابقة المدرسة الثقافية إذا كان عدد طلاب المدرسة 400 طالب فقدر عدد الطلاب الذين اشتركوا في مسابقة المدرسة الثقافيةبالإضافة إلى ذلك، من المهم أن ندرك أن قوانين نيوتن للحركة هي تقريب جيد لحركة الأجسام في الظروف العادية. ومع ذلك، عندما نتعامل مع أجسام تتحرك بسرعات قريبة من سرعة الضوء، أو مع أجسام ذات أحجام صغيرة جدًا (مثل الذرات والجسيمات دون الذرية)، فإن قوانين نيوتن لم تعد دقيقة، ونحتاج إلى استخدام نظريات أكثر تطورًا مثل النسبية الخاصة والكم.
خلاصة القول، حل هذه المسألة البسيطة المتعلقة بقوة وتسارع جسم لا يقتصر فقط على تطبيق معادلة رياضية. بل يتطلب فهمًا عميقًا للمفاهيم الفيزيائية الأساسية، وكيفية ارتباطها ببعضها البعض، وكيف يمكن استخدامها لتفسير الظواهر الطبيعية من حولنا. الفيزياء هي أكثر من مجرد معادلات، إنها طريقة للتفكير وفهم العالم.