السؤال: استنتج ما العلاقة بين قوة الاحتكاك القوة المحصلة المؤثرة في القطعة الخشبية وكتلة القطعة
شرح الإجابة:
لفهم العلاقة بين الكتلة وقوى الحركة المؤثرة في قطعة خشبية، لا بد أولاً من تحليل العناصر الفيزيائية التي تدخل في هذه المنظومة. تبدأ العلاقة من الكتلة، وهي كمية المادة في الجسم، والتي تؤثر مباشرة على القوة العمودية الناتجة عن وزن الجسم. هذه القوة العمودية تساوي حاصل ضرب الكتلة m في تسارع الجاذبية الأرضية g، أي أن:
القوة العمودية = m × g
وبما أن قوة الاحتكاك تعتمد على هذه القوة العمودية، فإنها تُحسب وفق العلاقة التالية:
قوة الاحتكاك F_اح = μ × m × g
حيث μ هو معامل الاحتكاك الذي يحدد مدى خشونة السطحين المتلامسين. ومن هنا، يتضح أن زيادة الكتلة تؤدي إلى زيادة القوة العمودية، وبالتالي إلى زيادة قوة الاحتكاك بشكل مباشر.
عند الانتقال إلى القوة المحصلة، وهي القوة التي تحدد حركة الجسم فعلياً، فإنها تُحسب من الفرق بين القوة المؤثرة (مثل الدفع أو السحب) وقوة الاحتكاك المقاومة للحركة:
القوة المحصلة F_ص = F_دفع – F_اح
إقرأ أيضا:يوضح الجدول أدناه أسعار بعض الأدوات المدرسية في مكتبة بالريالات إذا كان مع محمد 3 ريالات فماذا يستطيع أن يشتريفي حال كانت القوة الدافعة ثابتة، فإن زيادة الكتلة تؤدي إلى زيادة قوة الاحتكاك، مما يعني أن القوة المحصلة ستتغير أيضاً. لكن في سيناريو معين، إذا زادت الكتلة وزادت معها القوة الدافعة بنفس المعدل، فإن القوة المحصلة ستزداد أيضاً بشكل متناسب.
وهنا يأتي دور القانون الثاني لنيوتن، الذي يربط بين القوة المحصلة والتسارع وفق العلاقة:
التسارع a = F_ص / m
عندما تزداد القوة المحصلة بنفس نسبة زيادة الكتلة، فإن النتيجة تكون أن التسارع يبقى ثابتاً تقريباً. وهذا ما يفسر لماذا لا تتغير سرعة الجسم بشكل مفاجئ رغم تغير كتلته، طالما أن القوى المؤثرة تتغير بنفس النسبة.
ولتوضيح هذه العلاقات بشكل أكثر تنظيماً، يمكن تلخيصها في النقاط التالية:
1. الكتلة تؤثر على القوة العمودية، وبالتالي على قوة الاحتكاك.
2. قوة الاحتكاك تزداد طردياً مع الكتلة وفق العلاقة F_اح = μ × m × g.
3. القوة المحصلة تتأثر بزيادة قوة الاحتكاك، لكنها قد تزداد أيضاً إذا زادت القوة الدافعة.
4. التسارع يبقى ثابتاً تقريباً إذا زادت القوة المحصلة والكتلة بنفس المعدل، حسب العلاقة a = F_ص / m.
إقرأ أيضا:أي الخيارات تنطبق على التنفس الخلوي؟ يحتاج إلى الضوء تحرر الطاقة من الغذاء ينتج الاكسجين يستعمل ثاني أكسيد الكربونمن خلال هذا التسلسل المنطقي، يتضح أن العلاقة بين الكتلة وقوة الاحتكاك والقوة المحصلة هي علاقة طردية، تؤدي في النهاية إلى ثبات التسارع في ظروف معينة. هذا الفهم لا يقتصر على الجانب النظري، بل يمتد ليشكل أساساً في تحليل حركة الأجسام في الحياة اليومية، مثل انزلاق صندوق خشبي على أرضية مائلة أو سحب عربة محملة بأوزان مختلفة.