السؤال: إذا تدلى غصن الشجرة في المسألة السابقة إلى أسفل بحيث تستند قدما الطفل على الأرض، وأصبحت قوة الشد في حبل الأرجوحة 220 N فما مقدار القوة العمودية المؤثرة في قدمي الطفل
شرح الإجابة:
عند تحليل هذه الحالة الفيزيائية، نبدأ بتحديد القوى المؤثرة على جسم الطفل في الاتجاه العمودي. هناك ثلاث قوى رئيسية تتفاعل في هذا السياق:
– أولاً: وزن الطفل، وهو القوة الناتجة عن الجاذبية الأرضية وتُحسب عادةً بضرب كتلة الجسم في تسارع الجاذبية (وزن = كتلة × 9.8). في هذه المسألة، تم تحديد الوزن مسبقًا بقيمة 470 N.
– ثانيًا: قوة الشد في الحبل، وهي القوة التي يمارسها الحبل على جسم الطفل باتجاه الأعلى، وقد أعطيت بقيمة 220 N.
– ثالثًا: القوة العمودية، وهي القوة التي تمارسها الأرض على قدمي الطفل وتكون دائمًا باتجاه الأعلى، وتُعرف أيضًا برد الفعل العمودي.
وبما أن الطفل في حالة سكون، فإن مجموع القوى المؤثرة عليه في الاتجاه الرأسي يجب أن يكون صفرًا وفقًا لقانون نيوتن الأول للحركة، الذي ينص على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا ما لم تؤثر عليه قوة غير متزنة. هذا يعني أن:
القوة العمودية + قوة الشد = وزن الطفل
وبإعادة ترتيب المعادلة للحصول على القوة العمودية:
إقرأ أيضا:حفظ المرأة المسلمة وبقاء حيائها شرع الله تعالى لها بيت العلمالقوة العمودية = وزن الطفل – قوة الشد
القوة العمودية = 470 – 220
القوة العمودية = 250 N
إقرأ أيضا:السلهام من وين ، عائلة السلهام وش يرجعونوبصيغة علمية دقيقة، يمكن التعبير عن الناتج بـ:
القوة العمودية = 2.5×10² N
هذا الناتج يعكس مقدار الدعم الذي توفره الأرض لقدمي الطفل عندما يستند عليهما، ويُكمل النقص الناتج عن انخفاض الشد في الحبل. ومن خلال هذا التوازن، يظل الطفل في حالة استقرار دون حركة رأسية، مما يؤكد صحة الحسابات ويُبرز أهمية فهم توزيع القوى في الأنظمة الفيزيائية البسيطة.