السؤال: بدأت سيارة سباق كتلتها kg 710 حركتها من السكون وقطعت مسافة 40.0m في 3.0s فإذا كان تسارع السيارة ثابتاً خلال هذه الفترة فما القوة المحصلة التي تؤثر فيها
شرح الإجابة:
في البداية، نلاحظ أن السيارة بدأت حركتها من السكون، أي أن سرعتها الابتدائية تساوي صفر. هذا يعني أن أي تغير في السرعة خلال الزمن المحدد ناتج بالكامل عن تأثير القوة المحصلة. ولأن التسارع ثابت، فإننا نتعامل مع حالة حركة منتظمة تحت تأثير قوة ثابتة، مما يتيح لنا استخدام قوانين الحركة الخطية بدقة.
نبدأ بتحليل المعطيات:
– الكتلة m = 710 kg
– المسافة المقطوعة s = 40.0 m
– الزمن t = 3.0 s
– السرعة الابتدائية u = 0 m/s
ننتقل الآن إلى حساب التسارع باستخدام معادلة الحركة التي تربط المسافة بالتسارع والزمن:
a = 2 × s ÷ t²
a = 2 × 40.0 ÷ (3.0 × 3.0)
a = 80.0 ÷ 9.0
a ≈ 8.89 m/s²
هذا التسارع يمثل معدل تغير السرعة خلال الزمن، ويعكس مدى تأثير القوة على جسم السيارة. وبما أن الكتلة معلومة والتسارع محسوب، نستخدم قانون نيوتن الثاني الذي يربط القوة المحصلة بالكتلة والتسارع:
إقرأ أيضا:إذا علمت أن درجة فاطمة تقل عن درجة عائشة بمقدار 5 درجات وكانت درجة عائشة 85 فأي معادلة مما يأتي يمكنك استعمالها لإيجاد درجة فاطمةF = m × a
إقرأ أيضا:تسير سيارة سباق بمعدل 205 كلم في الساعة ما الزمن الذي تستغرقه لتقطع مسافة 615 كلم بحسب هذا المعدلF = 710 × 8.89
F ≈ 6311.9 N
وبالتقريب العلمي المناسب لأغراض التبسيط المدرسي:
F ≈ 6.3 × 10³ N
من خلال هذا الحساب، يتضح أن القوة المحصلة التي أثرت على السيارة خلال حركتها من السكون لمسافة 40 متر خلال 3 ثوانٍ كانت حوالي 6300 نيوتن. هذه القوة هي المسؤولة عن توليد التسارع المنتظم الذي أدى إلى انتقال السيارة بهذه السرعة، وتُعد مثالاً عملياً على تطبيق قانون نيوتن الثاني في الحياة الواقعية، خصوصاً في مجال ديناميكا الحركة.