الدرس الثاني: القانون الثاني والقانون الثالث في الحركة لنيوتن
الثانوي - الصف العاشر
مقدمة
في الدرس السابق، تعلمنا أن الجسم يبقى على حالته الحركية (سكون أو حركة منتظمة) إذا كانت محصلة القوى المؤثرة فيه صفرًا. أما إذا كانت المحصلة لا تساوي صفرًا، فإن سرعة الجسم تتغير (مقدارًا أو اتجاهًا). هذا الدرس يشرح كيف تتغير الحركة بتأثير القوى، وذلك من خلال القانون الثاني لنيوتن الذي يربط القوة المحصلة بالتسارع، والقانون الثالث الذي يصف كيفية تفاعل الأجسام في أزواج (الفعل ورد الفعل).
أولاً: القانون الثاني لنيوتن (Newton’s Second Law)
التجربة الاستهلالية (نشاط المدرج الهوائي)
تهدف التجربة إلى دراسة العلاقة بين:
- القوة المحصلة المؤثرة في عربة (وزن الثقل المعلق) والتسارع (بثبات الكتلة).
- كتلة العربة والتسارع (بثبات القوة المحصلة).
- عند زيادة القوة المحصلة وثبات الكتلة، يزداد التسارع طرديًا.
- عند زيادة الكتلة وثبات القوة المحصلة، يقل التسارع عكسيًا.
نص القانون الثاني لنيوتن
"يتناسب تسارع الجسم طرديًا مع القوة المحصلة المؤثرة فيه، وعكسيًا مع كتلته. ويكون اتجاه التسارع دائمًا في اتجاه القوة المحصلة."
- ثبات الكتلة: كلما زادت القوة، زاد التسارع (طردية).
- ثبات القوة: كلما زادت الكتلة، قل التسارع (عكسية).
العلاقة بين التسارع والقوة المحصلة
عند ثبات الكتلة (m)، يتناسب التسارع طردياً مع القوة
العلاقة بين التسارع والكتلة
عند ثبات القوة (ΣF)، يتناسب التسارع عكسياً مع الكتلة
أمثلة محلولة
قوة محصلة تؤثر في صندوق كتلته 20 kg فتكسِبه تسارعًا 2 m/s² جهة اليمين. أحسب القوة المحصلة.
∑F = 20 × 2 = 40 N
قوة محصلة أفقية 100 N تؤثر في صندوق كتلته 20 kg على سطح أملس.
سيارة كتلتها 800 kg، قوة سحب 1000 N جهة اليمين، وقوة احتكاك 400 N جهة اليسار.
ثانياً: القانون الثالث لنيوتن (Newton’s Third Law)
نص القانون الثالث لنيوتن
"إذا تفاعل جسمان A وB، فإن القوة التي يؤثر بها A على B تساوي في المقدار وتعاكس في الاتجاه القوة التي يؤثر بها B على A."
خصائص قوى الفعل ورد الفعل
- متساويتان في المقدار.
- متعاكستان في الاتجاه.
- تؤثران في جسمين مختلفين (لذلك لا تلغي إحداهما الأخرى، ولا يمكن جمعهما معًا لحساب محصلة).
- متزامنتان (تنشآن معًا وتختفيان معًا).
- من نفس النوع (كلاهما قوى تلامس أو قوى مجال).
أمثلة وتطبيقات في الحياة
مثال توضيحي: كتاب على طاولة
- F_BT: الكتاب يؤثر على الطاولة لأسفل.
- F_TB: الطاولة تؤثر على الكتاب لأعلى.
- F_EB: الأرض تجذب الكتاب لأسفل (الوزن).
- F_BE: الكتاب يجذب الأرض لأعلى.
أسئلة وتدريبات من الكتاب (ص 101–106)
ما الذي يعتمد عليه تسارع أي جسم؟ القوة المحصلة والكتلة.
هل يمكن أن توجد قوة منفردة في الطبيعة؟ لا، القوى توجد دائمًا في أزواج.
عند دفع الشخص القارب إلى الخلف (فعل)، يدفع القارب الشخص إلى الأمام (رد فعل)، فيندفع القارب إلى الخلف.
سيارة كتلتها 1000 kg، سرعتها 24 m/s، توقفت خلال 4 s.
F = m × a = 1000 × (-6) = -6000 N
خلاصة الدرس
| القانون | النص | الصيغة | اتجاه التسارع/القوة |
|---|---|---|---|
| الثاني | تسارع الجسم يتناسب طرديًا مع القوة المحصلة وعكسيًا مع كتلته | ∑F = m a | في اتجاه القوة المحصلة |
| الثالث | لكل فعل رد فعل مساوٍ في المقدار ومعاكس في الاتجاه | F_AB = -F_BA | تؤثر في جسمين مختلفين |
نقاط هامة:
- القوة المحصلة هي السبب في التسارع، وليس في السرعة.
- الجسم يمكن أن يتحرك بسرعة ثابتة حتى مع وجود قوى (إذا كانت محصلتها صفرًا).
- قوى الفعل ورد الفعل لا تلغي بعضها لأنها تؤثر في أجسام مختلفة.