وضع مكعب من الحديد كتلته 6.0 kg على سطح مكعب آخر كتلته 7.0kg يستقر بدوره على سطح طاولة أفقية احسب

السؤال: وضع مكعب من الحديد كتلته 6.0 kg على سطح مكعب آخر كتلته 7.0 kg يستقر بدوره على سطح طاولة أفقية احسب

الإجابة: مقدار واتجاه القوة التي يؤثر بها المكعب الذي كتلته 7.0 kg في المكعب الآخر 59 N إلى الأعلى، ومقدار واتجاه القوة التي يؤثر بها المكعب الذي كتلته 6.0 kg في المكعب الذي كتلته 7.0 kg 59 N إلى الأسفل

شرح الإجابة:

عند تحليل هذا النظام الفيزيائي، نبدأ بتحديد طبيعة القوى المتبادلة بين المكعبين. المكعب العلوي الذي كتلته 6.0 kg يمارس ضغطًا ناتجًا عن وزنه على المكعب السفلي، بينما يستجيب المكعب السفلي بقوة رد فعل عمودية تعاكس هذا الضغط. هذا التفاعل المتبادل بين الجسمين يخضع لقوانين الحركة التي وضعها نيوتن، وتحديدًا القانون الثالث الذي ينص على أن “لكل فعل رد فعل مساويًا له في المقدار ومعاكسًا له في الاتجاه”.

أولًا، نحسب وزن المكعب العلوي باستخدام العلاقة الفيزيائية الأساسية:

القوة الناتجة عن الوزن = الكتلة × تسارع الجاذبية الأرضية

وبالتالي:

6.0 kg × 9.8 m/s² = 58.8 N

هذه القوة تتجه نحو الأسفل، وتمثل الضغط الذي يمارسه المكعب العلوي على المكعب السفلي. وبما أن النظام في حالة سكون تام، فإن المكعب السفلي يجب أن يولّد قوة مساوية في المقدار ومعاكسة في الاتجاه للحفاظ على التوازن. هذه القوة تُعرف باسم القوة العمودية أو رد الفعل الطبيعي، وتكون قيمتها أيضًا 58.8 N ولكن باتجاه الأعلى.

إقرأ أيضا:أي مما يأتي يساوي التغير في السرعة المتجهة مقسومًا على الزمن

ثانيًا، ننتقل إلى المكعب السفلي الذي يتحمل وزن المكعب العلوي. وفقًا لقانون نيوتن الثالث، فإن المكعب العلوي لا يكتفي بتلقي رد الفعل، بل يؤثر بدوره على المكعب السفلي بنفس القوة ولكن باتجاه معاكس. إذًا، المكعب العلوي يضغط على المكعب السفلي بقوة مقدارها 58.8 N نحو الأسفل، والمكعب السفلي يرد بقوة مقدارها 58.8 N نحو الأعلى.

ولأغراض التبسيط في التعبير العلمي، يتم تقريب القيمة 58.8 N إلى 59 N، وهو أمر شائع في الحسابات المدرسية لتسهيل الفهم دون التأثير على دقة النتائج.

من خلال هذا التحليل، يتضح أن القوى المتبادلة بين المكعبين متساوية في المقدار ومتعاكسة في الاتجاه، مما يعكس بدقة مبدأ التفاعل الثنائي بين الأجسام في الفيزياء الكلاسيكية. هذه النتيجة لا تعتمد فقط على الحسابات العددية، بل تؤكد أيضًا أهمية فهم العلاقات الديناميكية بين الكتل والقوى، وتُعد مثالًا تطبيقيًا مباشرًا على قوانين نيوتن التي تشكل حجر الأساس في دراسة الميكانيكا.

إقرأ أيضا:عند تبليط مطبخ منزل ما يتكرر نمط من الثمانيات المنتظمة والمربعات تم ترتيبها دون تقاطعات أو ترك فراغات بينها أي العبارات