فيديو السؤال: الكتلة والوزن الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

مقعد كتلته 50 كيلوجرامًا. ما القوة التي يؤثر بها وزن المقعد على الأرضية الموجودة أسفله؟

في هذا السؤال، لدينا مقعد موضوع على الأرضية. ومطلوب منا إيجاد القوة التي يؤثر بها هذا المقعد على الأرضية الموجودة أسفله. ولعمل ذلك، علينا أن نتذكر أولًا أن المقعد له وزن. والوزن هو قوة الجاذبية المؤثرة لأسفل، وسنطلق عليه ‪𝑊‬‏. ونظرًا لأن المقعد موضوع في مجال جاذبية، وهو مجال الجاذبية الأرضية في هذه الحالة، فستكون هذه هي القوة المؤثرة عليه. لأننا نفترض ذلك في السؤال، فعندما نشير إلى الأرضية أسفل المقعد فإننا نشير إلى الأرض.

إذن، نحن ندرك أن لهذا المقعد وزنًا يؤثر عليه. وقد لاحظنا أيضًا أن المقعد يلامس الأرضية، وبالتحديد عند قوائمه. وفي هذه الحالة، لمنع اختراق المقعد والأرضية كل منهما الآخر، لا بد أن يؤثر كل منهما بقوة على الآخر.

ويمكننا فهم ذلك كما يلي. لقد رأينا بالفعل أن قوة الوزن لا بد أن تؤثر على المقعد. ومع ذلك، المقعد مستقر تمامًا على الأرضية. والطريقة الوحيدة التي يمكن أن يستقر بها المقعد على الأرضية تمامًا هي أن تكون القوة المحصلة المؤثرة عليه صفرًا.

بعبارة أخرى، إذا كان الوزن هو القوة الوحيدة المؤثرة على المقعد، فيستحرك المقعد بعجلة لأسفل. لكنه ليس القوة الوحيدة. فلا بد أن تكون هناك قوة تؤثر لأعلى تلغي تمامًا قوة الوزن التي لا بد أن تؤثر على المقعد أيضًا. وهذه القوة المؤثرة لأعلى هي القوة التي تؤثر بها الأرضية على المقعد؛ وذلك لأن المقعد ملامس للأرضية. وهذا يفسره قانون نيوتن الأول للحركة.

لعلنا نتذكر أن أي جسم تؤثر عليه قوى غير متوازنة يجب أن يغير سرعته. أي لا بد أن يتحرك بعجلة. ولكن بما أن المقعد مستقر تمامًا، فهو لا يتحرك بعجلة؛ ومن ثم، تكون القوى المؤثرة على المقعد متوازنة.

بعد ذلك، يمكننا استخدام قانون نيوتن الثالث للحركة الذي يوضح أنه إذا كانت الأرضية تؤثر بقوة لأعلى على المقعد، فلا بد أن يؤثر المقعد على الأرضية بقوة رد فعل مساوية لها في المقدار ومعاكسة لها في الاتجاه. بعبارة أخرى، يؤثر المقعد بقوة لأسفل على الأرضية، ولا بد لمقدار هذه القوة أن يساوي مقدار القوة ‪𝑊‬‏. لذا، على الرغم من أن وزن المقعد هو قوة الجاذبية الأرضية المؤثرة على المقعد، فإن هذه القوة؛ أي قوة الوزن، لها المقدار نفسه الذي للقوة التي يؤثر بها المقعد على الأرضية.

إذن، عندما يطلب منا إيجاد القوة التي يؤثر بها وزن المقعد على الأرضية، فإن ما نريده حقًّا هو وزن المقعد. ولإيجاد ذلك، يمكننا تذكر أن بإمكاننا حساب وزن الجسم بضرب كتلة الجسم في شدة مجال الجاذبية الذي يقع فيه الجسم. وفي هذه الحالة، فإننا نشير إلى شدة مجال الجاذبية الأرضية؛ لأن المقعد يقع على الأرض.

يمكننا الآن التعويض بالقيم التي لدينا، فقد أخبرنا السؤال أن كتلة المقعد تساوي 50 كيلوجرامًا، ونحن نعلم أن شدة مجال الجاذبية الأرضية؛ التي تعرف عادة باسم عجلة الجاذبية الأرضية، تساوي 9.8 أمتار لكل ثانية تربيع.

بعد ذلك، علينا أن ندرك أننا نستخدم الوحدات الأساسية؛ وهي الكيلوجرام للكتلة والمتر لكل ثانية تربيع للعجلة. وبناء على ذلك، ستكون الإجابة؛ أي القيمة في الطرف الأيمن، بالوحدة الأساسية للوزن. وبما أن الوزن قوة، فستكون الإجابة في الطرف الأيمن بوحدة النيوتن.

بإيجاد قيمة الطرف الأيمن، نجد أن وزن المقعد يساوي 490 نيوتن. وبذلك نكون قد توصلنا إلى الإجابة النهائية. القوة التي يؤثر بها وزن المقعد على الأرضية الموجودة أسفله تساوي 490 نيوتن.