نسخة الفيديو النصية
توجد ذرة من الغبار كتلتها 0.25 جرام في حالة سكون في الفضاء السحيق، بعيدًا جدًّا عن أي أجسام أخرى. في جانب آخر مختلف تمامًا من الفضاء السحيق، وبعيدًا جدًّا عن أي أجسام أخرى، تتحرك بلورة ثلجية صغيرة جدًّا كتلتها 0.75 جرام بسرعة ثابتة مقدارها 25 مترًا لكل ثانية. ما عجلة ذرة الغبار؟ ما القوة المحصلة المؤثرة على ذرة الغبار؟ ما عجلة البلورة الثلجية؟ ما القوة المحصلة المؤثرة على البلورة الثلجية؟
في هذا السؤال، لدينا أولًا ذرة غبار. لنفترض أن هذه هي ذرة الغبار. وقد أخبرنا السؤال أن كتلتها 0.25 جرام. توجد ذرة الغبار في الفضاء السحيق بعيدًا جدًّا عن أي أجسام أخرى، وهو ما يعني أنه لا يمكن لأي أجسام أخرى أن تؤثر عليها بأي قوة. وبما أن ذرة الغبار توجد في الفضاء السحيق بعيدًا جدًّا عن أي أجسام أخرى، فهذا يعني أنه لا توجد قوى جاذبية تؤثر على ذرة الغبار أيضًا. أخبرنا السؤال أن ذرة الغبار هذه في حالة سكون. بعبارة أخرى: سرعة ذرة الغبار، التي سنسميها 𝑣، تساوي صفر متر لكل ثانية.
بالإضافة إلى ذلك، علمنا أنه في جانب آخر مختلف تمامًا من الفضاء السحيق، وبعيدًا جدًّا عن أي أجسام أخرى، توجد بلورة ثلجية صغيرة. وهذه البلورة الثلجية كتلتها 0.75 جرام. علمنا أيضًا أن هذه البلورة الثلجية تتحرك بسرعة ثابتة مقدارها 25 مترًا لكل ثانية. لنفترض اعتباطيًّا أن البلورة الثلجية تتحرك باتجاه اليمين؛ حيث تتحرك بسرعة ثابتة، سنطلق عليها 𝑣، مقدارها 25 مترًا لكل ثانية. وهذا ما أخبرنا به السؤال.
مطلوب منا في الجزء الأول من السؤال إيجاد عجلة ذرة الغبار. بعبارة أخرى: ما تسارع ذرة الغبار؟ للإجابة عن هذا السؤال، علينا أن نتذكر أن العجلة، سنطلق عليها 𝑎، تعرف بأنها التغير في سرعة الجسم مقسومًا على الفترة الزمنية التي يحدث فيها هذا التغير في السرعة. بعبارة أخرى: عجلة الجسم تساوي معدل تغير سرعة الجسم.
إذن إذا كنا نحاول إيجاد عجلة ذرة الغبار، فعلينا إدراك أن ذرة الغبار في حالة سكون. بعبارة أخرى: سرعتها تساوي صفر متر لكل ثانية. وهذه السرعة ثابتة. بعبارة أخرى: السرعة المتجهة لا تتغير. وبالإضافة إلى ذلك، لأن ذرة الغبار توجد بعيدًا جدًّا عن أي أجسام أخرى في الفضاء السحيق، نعلم أنه لا توجد قوى تؤثر عليها.
ومن ثم، يمكننا القول دون تردد: إن التغير في سرعة ذرة الغبار يساوي صفرًا؛ لأن السرعة لا تتغير. وإذا كان Δ𝑣 في بسط الكسر في الطرف الأيمن يساوي صفرًا، فهذا يعني أن عجلة ذرة الغبار يجب أن تساوي صفرًا أيضًا. وعليه يمكننا القول: إن عجلة ذرة الغبار تساوي صفر متر لكل ثانية تربيع. والآن يمكننا الانتقال إلى الجزء الثاني من السؤال.
ما القوة المحصلة المؤثرة على ذرة الغبار؟ للإجابة عن هذا السؤال، علينا أن نتذكر قانون نيوتن الأول للحركة. ينص قانون نيوتن الأول للحركة على أن الجسم الساكن يظل ساكنًا، والجسم المتحرك بسرعة ثابتة يظل متحركًا بهذه السرعة الثابتة ما لم تؤثر عليه قوى غير متوازنة.
وفي حالتنا هذه، علمنا أن ذرة الغبار هذه في حالة سكون. ونظرًا لأنها توجد بعيدًا جدًّا عن أي جسم، فهذا يعني أنه لا توجد قوى تؤثر عليها. ومن ثم، لا توجد إمكانية لتأثير قوى غير متوازنة على ذرة الغبار؛ لأنه لا توجد أي قوى تؤثر على ذرة الغبار من الأساس. ولكن إذا لم تكن هناك قوى غير متوازنة تؤثر على ذرة الغبار، فهذا يعني أن القوة المحصلة المؤثرة على ذرة الغبار تساوي صفرًا.
إذن يمكننا القول: إن القوة المحصلة المؤثرة على ذرة الغبار تساوي صفر نيوتن. ومرة أخرى، هذا لأن ذرة الغبار ستظل في حالة سكون. ولذا يستحيل أن تؤثر أي قوى غير متوازنة عليها. إذن شكنا في حقيقة أن وجود ذرة الغبار بعيدًا جدًّا عن أي جسم آخر في الفضاء يعني أنه لا توجد قوى مؤثرة على ذرة الغبار قد أثبت صحته.
بعد كل ذلك، لنلق نظرة على الجزء التالي من السؤال. ما عجلة البلورة الثلجية؟ نركز الآن على هذه البلورة الثلجية. أخبرنا السؤال أن البلورة الثلجية تتحرك بسرعة ثابتة مقدارها 25 مترًا لكل ثانية. مرة أخرى، يمكننا ملاحظة أن العجلة تعرف بأنها معدل تغير السرعة. بعبارة أخرى: التغير في سرعة الجسم مقسومًا على الزمن المستغرق لحدوث هذا التغير في السرعة.
تتحرك البلورة الثلجية بسرعة ثابتة. بعبارة أخرى: دائمًا ما تكون سرعة البلورة الثلجية 25 مترًا لكل ثانية. ولذا لا تتغير السرعة على الإطلاق، أو Δ𝑣 يساوي صفرًا. إذن، مثل ذرة الغبار، يمكننا القول إن عجلة البلورة الثلجية تساوي صفر متر لكل ثانية تربيع.
قد يبدو هذا غريبًا في البداية. لقد أخبرنا السؤال أن ذرة الغبار في حالة سكون، في حين تتحرك البلورة الثلجية. لكن العجلة في الأساس تتعلق بالتغير في السرعة. وفي كلتا الحالتين، لا تتغير سرعة الجسمين. وعليه فإن كلًّا منهما يتحرك بعجلة تساوي صفر متر لكل ثانية تربيع. لنلق نظرة على الجزء الأخير من السؤال. ما القوة المحصلة المؤثرة على البلورة الثلجية؟
بالنظر إلى قانون نيوتن الأول للحركة مرة أخرى، يمكننا ملاحظة أن وجود قوى غير متوازنة تؤثر على الجسم ينتج عنه تغير في سرعة الجسم. وذلك لأن القانون الأول ينص على أن الجسم الساكن يظل ساكنًا ما لم تؤثر عليه قوى غير متوازنة. وبالمثل يظل الجسم المتحرك بسرعة ثابتة متحركًا بهذه السرعة الثابتة ما لم تؤثر عليه قوى غير متوازنة.
في حالتنا هذه، لدينا بلورة ثلجية تتحرك بسرعة ثابتة. ولذا لا يمكن أن تؤثر عليها قوى غير متوازنة. وبالإضافة إلى ذلك، توجد البلورة الثلجية في الفضاء السحيق بعيدًا جدًّا عن أي أجسام أخرى. لذلك نتوقع ألا تؤثر عليها أي قوى. ومن ثم، لا يمكن أن توجد قوى غير متوازنة تؤثر على البلورة. لكن الأهم من ذلك أن القوة المحصلة أو الكلية المؤثرة على البلورة تساوي صفر نيوتن.
وهكذا نلاحظ في هذا السؤال أنه يمكن أن يكون لدينا أجسام في حالة سكون تام، أو أجسام تتحرك بسرعة ثابتة. ولأن كلًّا منها يتحرك بعجلة تساوي صفرًا، فإن القوة المحصلة المؤثرة على كل منها تساوي صفرًا.
