فيديو السؤال: فهم قانون نيوتن الأول للحركة الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

يتحرك جسم بين النقطتين (أ)، (ب)؛ حيث المسافة بينهما تساوي مترين. ويقطع الجسم هذه المسافة في فترة زمنية مقدارها ثلاث ثوان، ويتحرك بسرعة متجهة ثابتة خلال هذه الفترة الزمنية. أي من الآتي يجب أن يكون خطأ؟ (أ) لا تؤثر أي قوى على الجسم. (ب) مقدار القوة المحصلة التي تؤثر على الجسم لا يتغير خلال الفترة الزمنية. (ج) السرعة القياسية للجسم ثابتة. (د) السرعة القياسية للجسم تساوي صفرًا.

في هذا السؤال، لدينا جسم يتحرك بين نقطتين نعلم من المعطيات أنه يفصل بينهما مسافة مترين. ونعلم من المعطيات أيضًا أن الجسم يستغرق زمنًا قدره ثلاث ثوان لقطع هذه المسافة وأنه يتحرك بسرعة متجهة ثابتة طوال هذه الفترة الزمنية، ووردت في السؤال أربع عبارات مختلفة محتملة عن الجسم. والمطلوب منا إيجاد أي منها يجب أن يكون خطأ.

للإجابة عن هذا السؤال، من المفيد أن نتذكر قانونًا يعرف باسم قانون نيوتن الأول للحركة. وينص هذا القانون على أن الجسم الساكن يظل ساكنًا والجسم المتحرك بسرعة متجهة ثابتة يظل متحركًا بهذه السرعة المتجهة ما لم تؤثر عليه قوة غير متوازنة. وعليه، فإن قانون نيوتن الأول يعني أنه إذا كانت القوى المؤثرة على جسم متوازنة أو لم تكن هناك قوة محصلة تؤثر على الجسم، فإن هذا الجسم يتحرك بسرعة متجهة ثابتة. وإذا لم يكن الجسم يتحرك من البداية، فستظل سرعته المتجهة ثابتة عند الصفر. أما إذا كان الجسم يتحرك من البداية، فإن سرعته المتجهة تظل ثابتة عند قيمة لا تساوي صفرًا. وتنطبق هذه العبارة أيضًا بطريقة عكسية.

فإذا كان الجسم يتحرك بسرعة ثابتة، سواء كانت هذه السرعة المتجهة تساوي صفرًا أم لا، فلا بد من وجود قوة محصلة تساوي صفرًا تؤثر على الجسم. وبما أننا علمنا من معطيات السؤال أن الجسم يتحرك بسرعة متجهة ثابتة خلال الفترة الزمنية، فهذا يعني أننا نعلم أنه خلال هذه الفترة الزمنية لا توجد قوة محصلة تؤثر على الجسم. وبوضع كل ذلك في الاعتبار، لنلق نظرة الآن على كل عبارة من العبارات الأربع المحتملة المعطاة.

تنص العبارة الأولى في الخيار (أ) على عدم وجود قوى تؤثر على الجسم. لقد رأينا أنه لا بد من عدم وجود قوة محصلة تؤثر على الجسم. واتضح أن هناك طريقتين محتملتين لحدوث ذلك. فعدم وجود قوة محصلة قد يعني عدم وجود أي قوى تؤثر على الجسم على الإطلاق. أو قد يعني وجود قوى متعددة تؤثر على الجسم، إلا أن هذه القوى متوازنة بحيث يلغي بعضها بعضًا. وهذا يعني أن العبارة الواردة في الخيار (أ)، والتي تنص على عدم وجود أي قوى تؤثر على الجسم، قد تكون أو لا تكون صحيحة. وعليه، صنفنا هذه العبارة بأنها يمكن أن تكون صحيحة.

بعد ذلك، دعونا ننظر إلى العبارة الواردة في الخيار (ب). وتنص هذه العبارة على أن مقدار القوة المحصلة المؤثرة على الجسم لا يتغير خلال الفترة الزمنية. نعلم أن هذا الجسم له سرعة متجهة ثابتة طوال هذه الفترة بالكامل، وأن السرعة المتجهة الثابتة تعني عدم وجود قوة محصلة. وعليه، فإن القوة المحصلة المؤثرة على الجسم يجب أن تساوي صفرًا طوال الفترة الزمنية بالكامل. بعبارة أخرى، هذه القوة المحصلة تظل ثابتة أو لا تتغير خلال الفترة الزمنية. ومن ثم، فإن العبارة الواردة في الخيار (ب)، والتي تنص على أن مقدار القوة المحصلة المؤثرة على الجسم لا يتغير خلال الفترة الزمنية، يجب أن تكون عبارة صحيحة.

دعونا ننظر الآن إلى العبارة الواردة في الخيار (ج). وتنص هذه العبارة على أن السرعة القياسية للجسم ثابتة. نعلم من معطيات السؤال أن الجسم يتحرك بسرعة متجهة ثابتة. وإذا كانت السرعة المتجهة للجسم ثابتة، فلا بد أن تكون سرعته القياسية أيضًا ثابتة. وعليه، فإن العبارة الواردة في الخيار (ج) يجب أن تكون صحيحة.

وبذلك، يتبقى لدينا العبارة الواردة في الخيار (د)، والتي تنص على أن السرعة القياسية للجسم تساوي صفرًا. نعلم من المعطيات أن الجسم يقطع مسافة مترين في زمن قدره ثلاث ثوان. ولعلنا نتذكر أن السرعة القياسية للجسم تعرف بأنها المسافة التي يقطعها هذا الجسم مقسومة على الزمن المستغرق لقطع هذه المسافة. وفي الحالة لدينا، بما أن المسافة المقطوعة لا تساوي صفرًا، فإن السرعة القياسية للجسم لا يمكن أن تساوي صفرًا على الإطلاق. وعليه، فإن العبارة الواردة في الخيار (د)، والتي تنص على أن السرعة القياسية للجسم تساوي صفرًا، يجب أن تكون خطأ.

وهذا يعني أن إجابتنا عن السؤال حول العبارة التي يجب أن تكون خطأ من بين العبارات المعطاة هي العبارة الواردة في الخيار (د)، والتي تنص على أن السرعة القياسية للجسم تساوي صفرًا.