السؤال: إذا كان كتاب الفيزياء متزنا فما الذي يمكن أن تستنتجه حول القوى المؤثرة فيه؟
شرح الإجابة:
عندما نصف كتاب الفيزياء بأنه “متزن”، فإننا نُشير إلى حالة فيزيائية دقيقة تُعرف بالتوازن الميكانيكي. هذه الحالة تعني أن جميع القوى المؤثرة عليه تتكافأ تمامًا، بحيث لا ينتج عنها أي تغير في حركة الجسم، سواء من حيث السرعة أو الاتجاه. هذا المفهوم يرتكز على قانون نيوتن الأول للحركة، والذي ينص على أن الجسم يظل في حالة سكون أو يتحرك بسرعة ثابتة ما لم تؤثر عليه قوة غير متزنة.
ولفهم هذه الحالة بعمق، نبدأ بتحليل القوى المؤثرة على الكتاب الموضوع على سطح أفقي. هناك قوتان أساسيتان تعملان في الاتجاه العمودي:
– أولاً: قوة الجاذبية الأرضية (F_g)، وهي القوة التي تسحب الجسم نحو مركز الأرض. تُحسب هذه القوة باستخدام العلاقة F_g = m·g، حيث m تمثل كتلة الكتاب، وg هو تسارع الجاذبية الأرضية الذي يُقدر تقريبًا بـ 9.8 متر لكل ثانية مربعة.
– ثانيًا: القوة العمودية أو ما يُعرف برد فعل السطح (F_N)، وهي القوة التي يُمارسها السطح على الكتاب باتجاه معاكس للجاذبية، أي نحو الأعلى. في حالة التوازن، تكون هذه القوة مساوية تمامًا لقوة الجاذبية ولكن في الاتجاه المعاكس.
إقرأ أيضا:أسماء عوائل العوازم وافخاذهاعند جمع هاتين القوتين وفقًا للاتجاه العمودي، نحصل على المعادلة التالية:
F_net = F_N + (-m·g) = 0
ومنها نستنتج أن: F_N = m·g
هذا التوازن العمودي يضمن أن الكتاب لا يتحرك للأعلى أو للأسفل. ولكن لا يكتمل التحليل دون التطرق إلى المحور الأفقي. في هذا الاتجاه، لا توجد قوى مؤثرة مثل الدفع أو السحب، ما دام الكتاب لم يتعرض لأي تأثير جانبي. وبالتالي، فإن القوى الأفقية أيضًا تساوي صفر، مما يعزز حالة التوازن الكامل.
من زاوية أخرى، يمكن اعتبار هذا التوازن دليلاً على أن النظام الفيزيائي الذي يحتوي الكتاب في تلك اللحظة خالٍ من أي اضطراب ديناميكي. فلا توجد قوى غير مرئية، ولا احتكاك إضافي، ولا تأثيرات مغناطيسية أو كهربائية تؤثر على وضعه. هذا الاستنتاج يُعد تطبيقًا عمليًا لمبدأ الاتزان في الفيزياء، ويُظهر كيف أن تحليل القوى يمكن أن يكشف عن الحالة الديناميكية لأي جسم.
إقرأ أيضا:انظر الأفعوانية في الشكل 15 – 6 هل تتحرك السيارات في هذه الأفعوانية حركة دائرية منتظمة فسر إجابتكفي النهاية، تساوي القوة المحصلة بالصفر لا يعني فقط أن الجسم ساكن، بل يعني أن كل قوة تؤثر فيه قد وُجدت لها قوة معاكسة ومساوية في المقدار، مما يُنتج حالة من الاتزان الكامل في جميع الاتجاهات.