الميكانيك .. الفيزياء
الميكانيك
تزودنا الرسوم البيانية الموجودة على الصفحة السابقة بالوسائل التي تربط بين سرعة الجسم وتسارعه ( معدل تغير سرعته ) من جهة ، وبين الزمن والمسافة التي يجتازها خلال هذا الزمن من جهة ثانية . فاذا رمزنا بحرف س الى سرعة الجسم الابتدائية ، وبحرف ع الى سرعته النهائية بعد انقضاء زمن ن ، يصبح تسارعه أ ، هو ميل الخط البياني ويساوي ( ع - سـ ) / ن .
أما المساحة الموجودة بين الخط البياني ومحور احداثيات الزمن فانها تمثل قيمة المسافة المقطوعة اثناء الزمن ن .
تقتصر هذه المفاهيم على دراسة تغيرات الحركة بحد ذاتها دون اعتبار القوى المسببة لها . والجدير بالذكر أن العلاقة بين القوة والتسارع لم تعرف الا بعد أن اكتشف نيوتن أن جميع الاجسام تواصل في العادة حركتها بسرعة ثابتة الى أن تسلط عليها قوة معينة . وقد سمي اكتشاف نيوتن هذا « القانون الاول للحركة » .
أما « القانون الثاني للحركة » فانه بمثابة توضيح محدد لمفهوم القوة . ذلك أن معدل تغير سرعة الجسم ( تسارعه أو تباطؤه أ ) يتناسب طرديا مع القوة المؤثرة عليه ق وفقا للمعادلة ق = ك × أ ، حيث تمثل ك كتلة الجسم . والنيوتن ( نت ) هي الوحدة المستعملة لقياس القوة في النظام المتري للوحدات والمقاييس ( ويعرف بالنظام الدولي ، وهي تمثل القوة اللازمة لاعطاء كتلة مقدارها كيلوغرام واحد ( كلغ ) تسارعا مقداره متر واحد لكل ثانية ( م / ث ٢ ) .
والكتلة والوزن شيئان مختلفان . فالوزن و ، وهو قوة جذب الارض للجسم ، يساوي وفقا لمعادلة نيوتن حاصل ضرب كتلته بالتسارع الجذبي للارض ج ، أي و = ك × ج . ولسوء الحظ ، شاع استعمال الكلمتين بالمعنى نفسه في الاحاديث اليومية . الا انه لا بد من التمييز بينهما في مجال الفيزياء . فالكتلة تقاس بالكيلوغرامات أما الوزن فيقاس بوحدات النيوتن .
أما « القانون الثالث للحركة » فانه ينص على وجود قوة مضادة لكل قوة موجودة ، وتساويها في القيمة فالكتاب ، اذا وضع على طاولة ، يكون تحت تأثير وزنه ، وهو قوة تتجه نحو الاسفل . الا أنها ليست القوة الوحيدة الموجودة ، فهناك ايضا رد فعل الطاولة الذي يساوي وزن الكتاب ويكون متجها الى أعلى ، ويمنع بالتالي الكتاب والطريقة نفسها نجدها في مبدأ عمل الصاروخ ، حيث من التحرك . · ينتج عن اشتعال الوقود قوة دفع نحو الاسفل يقوم رد فعلها بتحريك الصاروخ الى الاعلى .
الخط البياني لسرعة جسم متسارع بالنسبة للزمن . يساوي التسارع أ = اج / ب ج = ( ع ـ سـ ) / ن وتصبح السرعة ع = س + أ ن .
اما المسافة التي يقطعها الجسم في الزمن ن فانها تتمثل بالمساحة الموجودة اسفل الخط البياني
ف = س ن + ١/٢ أ ن٢ .
هذه المعادلات ، اذا مزجت معا ، تعطـي
ف = ١/٢ ( س + ع ) ن ، وتعطي ايضا ع ٢ = س ۲ + 1أ ف .
يتيح لنا قانون نيوتن الثالث للحركة حساب زمن الاشتعال ن اللازم لبلوغ الصاروخ سرعة الافلات ، فاذا ع و اعتبرنا ان د هي رد فعل الدفع ، وان القوة التي تشد الصاروخ الى اسفل هي ( وزنه ) ك ج ، يصبح لدينا المعادلة التالية : د - ك ج = ك أ . وبما أن ع و = أ ن يصبح الزمن ن = ك ع و / ( د- ك ج ) ( هذا اذا افترضنا ان استهلاك الوقود يغير من سرعة الصاروخ ) .
الميكانيك
تزودنا الرسوم البيانية الموجودة على الصفحة السابقة بالوسائل التي تربط بين سرعة الجسم وتسارعه ( معدل تغير سرعته ) من جهة ، وبين الزمن والمسافة التي يجتازها خلال هذا الزمن من جهة ثانية . فاذا رمزنا بحرف س الى سرعة الجسم الابتدائية ، وبحرف ع الى سرعته النهائية بعد انقضاء زمن ن ، يصبح تسارعه أ ، هو ميل الخط البياني ويساوي ( ع - سـ ) / ن .
أما المساحة الموجودة بين الخط البياني ومحور احداثيات الزمن فانها تمثل قيمة المسافة المقطوعة اثناء الزمن ن .
تقتصر هذه المفاهيم على دراسة تغيرات الحركة بحد ذاتها دون اعتبار القوى المسببة لها . والجدير بالذكر أن العلاقة بين القوة والتسارع لم تعرف الا بعد أن اكتشف نيوتن أن جميع الاجسام تواصل في العادة حركتها بسرعة ثابتة الى أن تسلط عليها قوة معينة . وقد سمي اكتشاف نيوتن هذا « القانون الاول للحركة » .
أما « القانون الثاني للحركة » فانه بمثابة توضيح محدد لمفهوم القوة . ذلك أن معدل تغير سرعة الجسم ( تسارعه أو تباطؤه أ ) يتناسب طرديا مع القوة المؤثرة عليه ق وفقا للمعادلة ق = ك × أ ، حيث تمثل ك كتلة الجسم . والنيوتن ( نت ) هي الوحدة المستعملة لقياس القوة في النظام المتري للوحدات والمقاييس ( ويعرف بالنظام الدولي ، وهي تمثل القوة اللازمة لاعطاء كتلة مقدارها كيلوغرام واحد ( كلغ ) تسارعا مقداره متر واحد لكل ثانية ( م / ث ٢ ) .
والكتلة والوزن شيئان مختلفان . فالوزن و ، وهو قوة جذب الارض للجسم ، يساوي وفقا لمعادلة نيوتن حاصل ضرب كتلته بالتسارع الجذبي للارض ج ، أي و = ك × ج . ولسوء الحظ ، شاع استعمال الكلمتين بالمعنى نفسه في الاحاديث اليومية . الا انه لا بد من التمييز بينهما في مجال الفيزياء . فالكتلة تقاس بالكيلوغرامات أما الوزن فيقاس بوحدات النيوتن .
أما « القانون الثالث للحركة » فانه ينص على وجود قوة مضادة لكل قوة موجودة ، وتساويها في القيمة فالكتاب ، اذا وضع على طاولة ، يكون تحت تأثير وزنه ، وهو قوة تتجه نحو الاسفل . الا أنها ليست القوة الوحيدة الموجودة ، فهناك ايضا رد فعل الطاولة الذي يساوي وزن الكتاب ويكون متجها الى أعلى ، ويمنع بالتالي الكتاب والطريقة نفسها نجدها في مبدأ عمل الصاروخ ، حيث من التحرك . · ينتج عن اشتعال الوقود قوة دفع نحو الاسفل يقوم رد فعلها بتحريك الصاروخ الى الاعلى .
الخط البياني لسرعة جسم متسارع بالنسبة للزمن . يساوي التسارع أ = اج / ب ج = ( ع ـ سـ ) / ن وتصبح السرعة ع = س + أ ن .
اما المسافة التي يقطعها الجسم في الزمن ن فانها تتمثل بالمساحة الموجودة اسفل الخط البياني
ف = س ن + ١/٢ أ ن٢ .
هذه المعادلات ، اذا مزجت معا ، تعطـي
ف = ١/٢ ( س + ع ) ن ، وتعطي ايضا ع ٢ = س ۲ + 1أ ف .
يتيح لنا قانون نيوتن الثالث للحركة حساب زمن الاشتعال ن اللازم لبلوغ الصاروخ سرعة الافلات ، فاذا ع و اعتبرنا ان د هي رد فعل الدفع ، وان القوة التي تشد الصاروخ الى اسفل هي ( وزنه ) ك ج ، يصبح لدينا المعادلة التالية : د - ك ج = ك أ . وبما أن ع و = أ ن يصبح الزمن ن = ك ع و / ( د- ك ج ) ( هذا اذا افترضنا ان استهلاك الوقود يغير من سرعة الصاروخ ) .
تعليق