قوانين نيوتن للحركة

قوانين نيوتن الثلاثة للحركة هي البديهيات الأساسية التي تربط القوى المؤثرة على جسم بحركته: قانون القصور الذاتي، والقانون F = dp/dt، وقانون الفعل ورد الفعل.

Definition

قوانين نيوتن للحركة هي ثلاث بديهيات تنص على أن (1) سرعة الجسم ثابتة ما لم تؤثر عليه قوة محصلة، (2) القوة المحصلة على الجسم تساوي المعدل الزمني لتغير زخمه الخطي، و (3) كل قوة فعل يقابلها قوة رد فعل مساوية ومعاكسة على الجسم الآخر.

Scope

يغطي هذا الموضوع بيان وتفسير وتطبيق قوانين نيوتن الثلاثة: القانون الأول الذي يحدد الأطر المرجعية القصورية والقصور الذاتي، والقانون الثاني الذي يربط القوة المحصلة بمعدل تغير الزخم، والقانون الثالث الخاص بقوى التفاعل المتساوية والمتعاكسة. ويشمل تحليل الجسم الحر، ودور الكتلة، والظروف التي تنطبق فيها القوانين.

Core questions

• ما الذي يحدد الإطار المرجعي القصوري، ولماذا يفترض القانون الأول وجوده؟
• كيف يربط القانون الثاني بين القوة والكتلة والتسارع؟
• لماذا يجب أن تأتي قوى التفاعل دائمًا في أزواج متساوية ومتعاكسة؟

Key concepts

• القصور الذاتي والكتلة القصورية
• القوة المحصلة ورسوم الجسم الحر
• الإطار المرجعي القصوري
• أزواج الفعل ورد الفعل
• معادلة الحركة

Key theories

القانون الأول (قانون القصور الذاتي)

يبقى الجسم في حالة سكون أو حركة منتظمة في خط مستقيم ما لم تؤثر عليه قوة خارجية محصلة؛ وهذا يحدد القصور الذاتي ويحدد فئة الأطر القصورية التي تنطبق فيها القوانين.

القانون الثاني (F = dp/dt)

القوة المحصلة على الجسم تساوي المعدل الزمني لتغير زخمه الخطي، وتختزل إلى F = ma للكتلة الثابتة وتوفر المعادلة المركزية للحركة.

القانون الثالث (الفعل ورد الفعل)

عندما يؤثر جسم بقوة على جسم ثانٍ، يؤثر الجسم الثاني بقوة مساوية ومعاكسة في الاتجاه على الأول، وهو ما يكمن وراء حفظ الزخم للأنظمة المعزولة.

Clinical relevance

تُطبق القوانين الثلاثة في جميع تحليلات السكون والديناميكا في الهندسة، من تحديد أبعاد الدعامات الهيكلية إلى تصميم أنظمة الدفع والتفاعل للمركبات والصواريخ، وتظل النموذج العملي لأي حركة بالسرعات والمقاييس اليومية.

History

صاغ نيوتن القوانين الثلاثة كبديهيات في افتتاح كتابه "الأصول" عام 1687، مستفيدًا من مبدأ غاليليو للقصور الذاتي ومفهوم ديكارت لكمية الحركة المحفوظة. وقد تم صقل صياغتها الدقيقة من حيث الزخم والتمييز بين الأطر القصورية بواسطة مؤلفين لاحقين، لكن القوانين نفسها ظلت دون تغيير جوهري كأساس للديناميكا الكلاسيكية.

Key figures

• Isaac Newton
• Galileo Galilei
• René Descartes

Seminal works

• newton1687
• taylor2005

Frequently asked questions

هل القانون الأول مجرد حالة خاصة من القانون الثاني؟

ليس تمامًا. مع قوة محصلة صفرية، يعطي القانون الثاني تسارعًا صفريًا، وهو ما يبدو كالقانون الأول، لكن الدور الأعمق للقانون الأول هو تأكيد وجود أطر قصورية يكون فيها القانون الثاني صالحًا.

هل تلغي قوى الفعل ورد الفعل بعضها البعض؟

لا. إنها تؤثر على أجسام مختلفة، لذا فهي لا تلغي بعضها البعض أبدًا على جسم واحد؛ ولن يحدث الإلغاء إلا إذا أثرت كلتا القوتين على نفس الجسم.