فيديو السؤال: قانون نيوتن الثالث للحركة الفيزياء

يوصل جسم وزنه ‪𝑊 = 20 N‬‏ بخيط. ويوصل الطرف الآخر للخيط بزنبرك، كما هو موضح في الشكل. يتمدد الزنبرك حتى يصل إلى حالة السكون. ما مقدار القوة الرأسية لأسفل التي يؤثر بها الخيط على الزنبرك؟ ما مقدار القوة الرأسية لأعلى التي يؤثر بها الزنبرك على الخيط؟ ما مقدار القوة الرأسية لأعلى التي يؤثر بها الخيط على الجسم؟

٠٨:٠٩

‏نسخة الفيديو النصية

يوصل جسم وزنه ‪𝑊‬‏ يساوي 20 نيوتن بخيط. ويوصل الطرف الآخر للخيط بزنبرك، كما هو موضح في الشكل. يتمدد الزنبرك حتى يصل إلى حالة السكون. ما مقدار القوة الرأسية لأسفل التي يؤثر بها الخيط على الزنبرك؟ ما مقدار القوة الرأسية لأعلى التي يؤثر بها الزنبرك على الخيط؟ ما مقدار القوة الرأسية لأعلى التي يؤثر بها الخيط على الجسم؟

حسنًا، في هذه المسألة لدينا ثلاثة مكونات متصلة معًا. أولًا، لدينا الزنبرك. وثانيًا، الخيط. وثالثًا، الجسم. نعلم من المعطيات أن وزن الجسم، ‪𝑊‬‏، يساوي 20 نيوتن. بالإضافة إلى ذلك، نعلم أن الجسم متصل بالخيط المتصل بدوره بالزنبرك. ويتمدد الزنبرك حتى يصل إلى حالة السكون. لكن إذا كان الزنبرك في حالة سكون، فهذا يعني أن الخيط والجسم المتصلين به يجب أن يكونا في حالة سكون أيضًا. وبناء عليه، فإن هذا النظام بأكمله في حالة سكون.

والآن باستخدام هذه المعطيات، يمكننا تذكر ما يعرف بقانون نيوتن الأول للحركة. ينص قانون نيوتن الأول للحركة على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا والجسم المتحرك بسرعة ثابتة يستمر في التحرك بهذه السرعة ما لم تؤثر عليه قوة غير متوازنة. إذن ما ينص عليه هذا القانون بشكل أساسي فيما يخص النظام الذي لدينا هنا هو أنه إذا كان الجسم في حالة سكون، فإن جميع القوى المؤثرة عليه تكون متوازنة.

في هذه الحالة، لا نتحدث فقط عن هذا الجسم الذي يساوي وزنه ‪𝑊‬‏، وإنما يمكننا تطبيق ذلك في الواقع على النظام بأكمله. فنحن نعلم من المعطيات أن الزنبرك في حالة سكون، ومن ثم يجب أن يكون الخيط والجسم في حالة سكون أيضًا. وبناء عليه، فإن جميع القوى المؤثرة على النظام بالكامل، وكذلك الزنبرك والخيط والجسم، يجب أن تكون متوازنة.

مع وضع هذا في الاعتبار، دعونا نلق نظرة عن كثب على النظام، أو على الأقل على الجزء الذي يظهر عنده تأثير الأجسام الثلاثة. رسمنا باللون البرتقالي هنا الجسم، وباللون الوردي الخيط، وباللون الأزرق الجزء السفلي من الزنبرك. أولًا، عرفنا من المعطيات أن وزن الجسم يساوي 20 نيوتن. ونعرف أن وزن الجسم يؤثر لأسفل. ومن ثم سنشير إلى هذه القوة بالحرف ‪𝑊‬‏، لأن هذا رمزها المستخدم في المسألة.

ولكن بما أن هذا الجسم في حالة سكون كما رأينا، فهذا يعني أن القوى المؤثرة عليه يجب أن تكون متوازنة. ولذا يجب أن تكون هناك قوة مساوية مشيرة لأعلى يؤثر بها الخيط على الجسم لأن الخيط هو الملامس له. وهذه القوة المشيرة لأعلى يجب أن يكون مقدارها يساوي ‪𝑊‬‏، لأن القوة المشيرة لأعلى التي مقدارها ‪𝑊‬‏ هي فقط ما يوازن القوة المشيرة لأسفل التي مقدارها ‪𝑊‬‏.

يمكننا الآن تذكر ما يعرف بقانون نيوتن الثالث للحركة. ينص قانون نيوتن الثالث على أنه إذا أثر الجسم ‪A‬‏ بقوة على جسم آخر، وهو الجسم ‪B‬‏، فإن الجسم ‪B‬‏ يؤثر بقوة مساوية في المقدار ومضادة في الاتجاه على الجسم ‪A‬‏. إذن في هذه الحالة، إذا اعتبرنا أن الجسم ‪A‬‏ هو الخيط، والجسم ‪B‬‏ هو الجسم، فسنرى أن الخيط يؤثر بقوة لأعلى مقدارها ‪𝑊‬‏ على الجسم. وبناء عليه، وفقًا لقانون نيوتن الثالث للحركة، سيؤثر الجسم على الخيط بقوة مساوية في المقدار لكنها مضادة في الاتجاه. وبهذا، يمكننا أن نقول إن هناك قوة مشيرة لأسفل مقدارها ‪𝑊‬‏ تؤثر على الخيط. وهذه القوة يؤثر بها الجسم.

قد يكون الشكل محيرًا قليلًا الآن. ولكن يجب أن نتذكر أن هذه القوة الموضحة باللون البرتقالي، وهذه الموضحة باللون الأسود، تؤثران على الجسم، بينما هذه القوة ‪𝑊‬‏ المشيرة لأسفل تؤثر على الخيط. مع أخذ ذلك في الاعتبار، وباستخدام قانون نيوتن الأول للحركة مرة أخرى، سنلاحظ أنه إذا كانت هناك قوة مشيرة لأسفل مقدارها ‪𝑊‬‏ تؤثر على الخيط، فلا بد أيضًا من وجود قوة مشيرة لأعلى مقدارها ‪𝑊‬‏ تؤثر على الخيط. وذلك لأنه بهذه الطريقة، ستكون القوى المؤثرة على الخيط متوازنة أيضًا.

يمكننا إذن رسم قوة مشيرة لأعلى مقدارها ‪𝑊‬‏ تؤثر على الخيط. وهذه القوة في الواقع يؤثر بها الزنبرك. لكن إذا عرفنا أن الزنبرك يؤثر بقوة مشيرة لأعلى مقدارها ‪𝑊‬‏ على الخيط، فباستخدام قانون نيوتن الثالث للحركة مرة أخرى، سنرى أنه لا بد من وجود قوة مشيرة لأسفل مقدارها ‪𝑊‬‏ تؤثر على الزنبرك هذه المرة. وبالطبع، هذه هي القوة التي يؤثر بها الخيط على الزنبرك. وفي هذه المسألة، علينا الانتباه بشدة والتفريق بين الخيط والزنبرك اللذين قد يبدوان متشابهين.

وبالتفكير في إكمال الشكل، يمكننا الآن إدراك أنه لكي تكون القوى المؤثرة على الزنبرك متوازنة، يجب أن تكون هناك أيضًا قوة متجهة لأعلى عند قمة الزنبرك بمقدار ‪𝑊‬‏ أيضًا. وهذه القوة يؤثر بها السقف أو أيًّا كان الشيء المتصل بالزنبرك. ولكن هذا لا يهم هنا.

خلاصة القول، لدينا هنا قوة وزن مقدارها ‪𝑊‬‏ تؤثر لأسفل على الجسم، وهي متوازنة مع قوة مشيرة لأعلى مقدارها ‪𝑊‬‏ يؤثر بها الخيط على الجسم. ولكن بما أن الخيط يؤثر بقوة لأعلى مقدارها ‪𝑊‬‏ على الجسم، فوفقًا لقانون نيوتن الثالث، يؤثر الجسم بقوة لأسفل مقدارها ‪𝑊‬‏ على الخيط. وهذه القوة المشيرة لأسفل، ‪𝑊‬‏، يجب أن تكون متوازنة مع قوة مشيرة لأعلى، ‪𝑊‬‏، لأن الخيط لا يتحرك. وهذه القوة يؤثر بها الزنبرك على الخيط.

مرة أخرى، باستخدام قانون نيوتن الثالث للحركة، يكون لدينا قوة لأسفل مقدارها ‪𝑊‬‏ يؤثر بها الخيط على الزنبرك. ولكي يكون الزنبرك متوازنًا، يكون لدينا في النهاية قوة لأعلى مقدارها ‪𝑊‬‏ يؤثر بها السقف على الزنبرك.

إذن وفقًا لكل هذه المعطيات، يمكننا القول إن القوة الرأسية لأسفل التي يؤثر بها الخيط على الزنبرك، أي هذه القوة هنا، لها مقدار يساوي ‪𝑊‬‏ الذي يساوي 20 نيوتن. وبذلك، نكون قد حصلنا على حل الجزء الأول من المسألة.

بعد ذلك نلاحظ أن القوة الرأسية لأعلى التي يؤثر بها الزنبرك على الخيط، أي هذه القوة الرأسية لأعلى هنا، لها أيضًا مقدار يساوي ‪𝑊‬‏ الذي يساوي 20 نيوتن. وأخيرًا، يمكننا القول إن القوة الرأسية لأعلى التي يؤثر بها الخيط على الجسم، أي هذه القوة الرأسية لأعلى، تساوي 20 نيوتن أيضًا. وبذلك نكون قد توصلنا إلى إجابة جميع الأسئلة.

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