السؤال: يجلس طفل كتلته 45 kg في أرجوحة كتلتها 3.2 kg مربوطة إلى غصن شجرة ما مقدار قوة الشد في حبل الأرجوحة
شرح الإجابة:
عند تحليل هذا النوع من المسائل الفيزيائية، لا بد أولاً من تحديد القوى المؤثرة على النظام. بما أن الطفل يجلس ساكناً في الأرجوحة، فإننا نتعامل مع حالة اتزان عمودي، حيث تكون قوة الشد في الحبل مساوية تماماً لمجموع الأوزان المؤثرة للأسفل، أي وزن الطفل بالإضافة إلى وزن الأرجوحة نفسها.
نبدأ بحساب الكتلة الكلية للنظام، وذلك بجمع كتلة الطفل مع كتلة الأرجوحة:
45 kg + 3.2 kg = 48.2 kg
ثم ننتقل إلى تطبيق قانون نيوتن الثاني في صورته الخاصة بالحالات الساكنة، حيث تكون القوة العمودية (قوة الشد) مساوية للوزن الكلي، والذي يُحسب بضرب الكتلة الكلية في تسارع الجاذبية الأرضية:
F = m × g
F = 48.2 × 9.8 = 472.36 N
وبما أن الإجابة النهائية يجب أن تُعرض بطريقة علمية مبسطة ومناسبة للطالب، فإننا نقرب الناتج إلى أقرب قيمة ذات دلالة علمية، فنحصل على:
F ≈ 4.7×10² N
من المهم هنا أن نلاحظ أن قوة الشد لا تعتمد فقط على كتلة الطفل، بل تشمل أيضاً كتلة الأرجوحة، لأن الحبل يحمل كلا الجسمين معاً. كما أن استخدام تسارع الجاذبية الأرضية بقيمة 9.8 m/s² يعكس دقة القياس في الظروف القياسية على سطح الأرض، وهي قيمة معتمدة في المناهج الدراسية.
إقرأ أيضا:وضح متى يمكن أن تستعمل استراتيجية البحث عن نمط في حل المسألةوبهذا التسلسل المنطقي، نكون قد توصلنا إلى أن قوة الشد في الحبل تساوي تقريباً 470 نيوتن، وهي القوة التي يجب أن يتحملها الحبل ليبقي الطفل والأرجوحة معلّقين دون حركة. هذا النوع من الحسابات يُعد أساسياً لفهم تطبيقات قوانين الحركة والاتزان في الحياة اليومية، ويُظهر كيف يمكن للفيزياء أن تفسر الظواهر البسيطة بدقة علمية متناهية.