فيديو السؤال: كمية الحركة والقوة الفيزياء

كمية الحركة لرجل يركض على طريق تبلغ ‪360 kg⋅m/s‬‏. كان الطريق أمام الرجل مغطى بالرمال. ركض الرجل على الرمال لمدة ‪12‬‏ ثانية، وكانت كمية حركته عندما عبر الجزء المغطى بالرمال من الطريق ‪330 kg⋅m/s‬‏. ما القوة المتوسطة التي تؤثر بها الرمال على الرجل خلال ركضه عليها؟

٠٤:٥٥

‏نسخة الفيديو النصية

كمية الحركة لرجل يركض على طريق تبلغ 360 كيلوجرام متر لكل ثانية. كان الطريق أمام الرجل مغطى بالرمال. ركض الرجل على الرمال لمدة 12 ثانية، وكانت كمية حركته عندما عبر الجزء المغطى بالرمال من الطريق 330 كيلوجرام متر لكل ثانية. ما القوة المتوسطة التي تؤثر بها الرمال على الرجل خلال ركضه عليها؟

للإجابة عن هذا السؤال، قد يكون من المفيد تصوير ما يحدث في السؤال أولًا. إذن، ها هو شكل لرجل يركض على الطريق. وقد عرفنا من المعطيات أن كمية حركة الرجل الابتدائية هي 360 كيلوجرام متر لكل ثانية. لكن بعد ذلك حدث شيء غير كمية حركة الرجل. على وجه التحديد، بدأ الرجل في الركض على بعض الرمال التي كانت على الطريق، وأثرت هذه الرمال بقوة عليه. فجعلت هذه القوة كمية حركة الرجل بعد عبوره الجزء المغطى بالرمال من الطريق تساوي 330 كيلوجرام متر لكل ثانية. بعبارة أخرى، فقد الرجل كمية حركة.

وما علينا فعله هو إيجاد القوة المتوسطة التي أثرت بها الرمال على الرجل أثناء ركضه عليها. وعلينا فعل ذلك باستخدام ما لدينا من معطيات عن كمية حركته الابتدائية، وكمية حركته النهائية، والمدة التي ركض فيها على الرمال. لفعل ذلك، علينا أن نتذكر أن الدفع يعرف بأنه القوة المؤثرة على جسم ما مضروبة في الفترة الزمنية ‪Δ𝑡‬‏ التي تؤثر خلالها هذه القوة على الجسم. وبهذا، يمكننا أيضًا تذكر أن الدفع يساوي التغير في كمية حركة الجسم. وسنسمي التغير في كمية الحركة ‪Δ𝑃‬‏.

بعبارة أخرى، القوة المؤثرة على الجسم مضروبة في مقدار الزمن الذي تؤثر خلاله هذه القوة تساوي التغير في كمية حركة هذا الجسم. ويمكننا استخدام هذه المعلومة لأن لدينا في المعطيات كمية الحركة الابتدائية والنهائية. ومن ثم، يمكننا إيجاد قيمة التغير في كمية الحركة. نعرف كذلك مقدار الزمن الذي تؤثر خلاله القوة؛ لأننا نعلم أن الرجل ركض عبر الرمال لمدة 12 ثانية.

إذن يمكننا إعادة ترتيب هذه المعادلة لإيجاد القوة التي تؤثر بها الرمال على الرجل. لفعل ذلك، نقسم كلا طرفي المعادلة على ‪Δ𝑡‬‏. فيتبقى لدينا القوة على الطرف الأيسر ‪𝐹‬‏، بينما في الطرف الأيمن لدينا ‪Δ𝑃‬‏، وهو التغير في كمية الحركة؛ مقسومًا على ‪Δ𝑡‬‏، وهو مقدار الزمن الذي تؤثر خلاله القوة. والآن يمكننا التعويض بالقيم.

أولًا، ما التغير في كمية الحركة؟ التغير في كمية الحركة يساوي ببساطة كمية الحركة النهائية، التي أطلقنا عليها ‪𝑃‬‏ النهائية؛ ناقص كمية الحركة الابتدائية، التي أطلقنا عليها ‪𝑃‬‏ الابتدائية. وكمية الحركة النهائية هنا تساوي 330 كيلوجرام متر لكل ثانية، وكمية الحركة الابتدائية تساوي 360 كيلوجرام متر لكل ثانية. هذا التعبير سيعطينا التغير في كمية الحركة ‪Δ𝑃‬‏. ويجب ألا ننسى قسمة ذلك على الفترة الزمنية التي تؤثر خلالها القوة، والتي عرفنا أنها تساوي 12 ثانية؛ وذلك لأنه، كما ذكرنا سابقًا، ركض الرجل عبر الرمال لمدة 12 ثانية. ومن ثم، تؤثر الرمال بقوة على الرجل لمدة 12 ثانية.

يمكننا الآن إيجاد قيمة الطرف الأيمن من هذه المعادلة. فنجد أن القوة التي تؤثر بها الرمال على الرجل هي سالب 2.5 نيوتن. وهذا منطقي؛ لأنه قبل ركض الرجل على الرمال، كانت كمية حركته 360 كيلوجرام متر لكل ثانية. بعد ذلك، أصبحت كمية الحركة 330 كيلوجرام متر لكل ثانية. بعبارة أخرى، فقد الرجل كمية حركة، أو يمكننا القول إن كمية حركته نحو اليمين صارت أقل مما كانت عليه من قبل. وفعلت الرمال ذلك من خلال تأثيرها بقوة على الرجل نحو اليسار، أي في الاتجاه السالب.

ومن ثم لدينا قيمة سالبة للقوة. وبذلك نكون قد حصلنا على الإجابة النهائية. القوة المتوسطة التي تؤثر بها الرمال على الرجل هي سالب 2.5 نيوتن.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.