فيديو السؤال: العجلة والقوة الفيزياء • الصف الأول الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يتحرك جسم كتلته خمسة كيلوجرامات بعجلة مقدارها ثلاثة أمتار لكل ثانية تربيع باتجاه اليسار، بينما تؤثر عليه قوة مقدارها 20 نيوتن باتجاه اليمين، وتؤثر عليه قوة مجهولة باتجاه اليسار. ما مقدار القوة المجهولة؟

ثمة معلومات عديدة في هذا السؤال. هيا إذن نتناولها معلومة تلو الأخرى. أولًا، علمنا أن الجسم الذي كتلته خمسة كيلوجرامات يتحرك بعجلة. وهذه العجلة مقدارها ثلاثة أمتار لكل ثانية تربيع باتجاه اليسار. وهذا يحدث بينما تؤثر عليه قوة مقدارها 20 نيوتن باتجاه اليمين، وقوة أخرى مجهولة باتجاه اليسار.

والمطلوب منا هو إيجاد مقدار هذه القوة المجهولة. لنفترض أن هذا هو الجسم. أول ما نعرفه عن هذا الجسم هو أن كتلته خمسة كيلوجرامات. ثانيًا، نعرف أنه يتحرك بعجلة مقدارها ثلاثة أمتار لكل ثانية تربيع باتجاه اليسار.

ونعرف أيضًا بعض المعلومات عن القوى المؤثرة على الجسم. أولًا، القوة التي مقدارها 20 نيوتن تؤثر على الجسم باتجاه اليمين، وثانيًا، تؤثر القوة المجهولة على الجسم باتجاه اليسار. سنسمي هذه القوة المجهولة ‪𝑥‬‏. وقيمة ‪𝑥‬‏ هذه هي ما نسعى لإيجاده هنا. ولفعل ذلك، علينا أولًا أن نتذكر قانون نيوتن الثاني للحركة.

ينص قانون نيوتن الثاني للحركة على أن القوة المحصلة المؤثرة على جسم، ‪𝐹‬‏، تساوي كتلة هذا الجسم مضروبة في العجلة التي يتحرك بها الجسم. من المهم أن ندرك أننا نتحدث في الواقع عن القوة المحصلة أو القوة الكلية المؤثرة على الجسم. ويمكننا استخدام قانون نيوتن الثاني لإيجاد القوة المحصلة المؤثرة على الجسم؛ لأننا نعلم كتلة الجسم وعجلته بالفعل.

بما أن الجسم يتحرك بعجلة في اتجاه اليسار، لنفترض أن اتجاه اليسار موجب وأن اتجاه اليمين سالب، وذلك للتسهيل على أنفسنا. وهكذا، عندما نحصل على الإجابة النهائية لقيمة ‪𝑥‬‏، ستكون قيمة موجبة؛ لأن ‪𝑥‬‏ تؤثر في اتجاه اليسار، واتجاه اليسار موجب.

على أي حال، دعونا نحسب القوة المحصلة أو القوة الكلية المؤثرة على الجسم. القوة المحصلة ‪𝐹‬‏ تساوي كتلة الجسم، وهي خمسة كيلوجرامات، مضروبة في عجلة الجسم، التي تساوي ثلاثة أمتار لكل ثانية تربيع باتجاه اليسار. ولكن تذكر أن اتجاه اليسار موجب. ولذا، فهي تساوي ثلاثة أمتار لكل ثانية تربيع فحسب. فلا داعي للقلق بشأن أي إشارات سالبة.

وعند حساب قيمة الطرف الأيمن من هذه المعادلة، نجد أن القوة المحصلة المؤثرة على الجسم تساوي 15 نيوتن. ماذا يعني ذلك إذن؟ هذا يعني أن للقوتين المتعاكستين؛ ‪𝑥‬‏ نيوتن في اتجاه اليسار، و20 نيوتن في اتجاه اليمين، مقداران يجعلان القوة المحصلة تساوي 15 نيوتن في اتجاه اليسار.

ولإيجاد القوة المحصلة لهاتين القوتين، علينا جمعهما معًا، مع مراعاة اتجاه تأثير كل منهما. بعبارة أخرى، القوة المحصلة أو القوة الكلية المؤثرة على الجسم، وهي ‪𝐹‬‏، تحسب مرة أخرى باستخدام القوتين اللتين نعرفهما بالفعل، وتساوي ‪𝑥‬‏ نيوتن، وهي قيمة موجبة لأنها تؤثر في اتجاه اليسار، ناقص 20 نيوتن؛ لأن القوة 20 نيوتن تؤثر في اتجاه اليمين.

ولكن كما أوضحنا سابقًا، القوة المحصلة ‪𝐹‬‏ تساوي 15 نيوتن. إذن، يمكننا التعويض عن الطرف الأيسر من المعادلة بـ 15 نيوتن، ثم إضافة 20 إلى طرفي المعادلة. وبذلك، يحذف سالب 20 مع موجب 20. فيتبقى لنا 15 زائد 20 يساوي ‪𝑥‬‏.

ومن ثم، ‪𝑥‬‏ يساوي 35. إذن، مقدار القوة المجهولة، ‪𝑥‬‏، وهو ما نحاول إيجاده، يساوي 35 نيوتن. وهذه هي الإجابة النهائية.