تويت
ما هو علم التحريك
كل شيءٍ في الكون يتحرك بشكلٍ دائمٍ بدءًا من الأرض التي تتحرك باستمرارٍ حول محورها وحول الشمس إلى الإنسان والسيارات والنجوم والكواكب وغيرها من الأشياء التي تبقى في حركةٍ دائمةٍ، فيمكن التعبير عن الحركة بأنها التغير في موضع جسمٍ ما بالنسبة لنقطةٍ معينةٍ خلال فترةٍ زمنيةٍ معينةٍ، كما تتعلق الحركة بالعديد من الأمور منها المسافة التي يقطعها الجسم والسرعة والزمن والتسارع. والعلم الذي يدرس هذه الأمور يسمى علم التحريك .
في الميكانيك الكلاسيكية يوجد مجالان لدراسة الحركة هما علم الحركة المجردة (الكينماتيك kinematics) الذي يهتم بدراسة حركة الأشياء دون النظر إلى الكتلة أو القوى المؤثرة على الجسم ودراسة التسارع والسرعة وليس القوة، وعلم التحريك (الديناميك dynamics) الذي سنقوم بتعريفه بالتفصيل في هذا المقال ودراسة قوانين نيوتن في الحركة التي تؤثر فيه بعد أن نتعرف على أنواع الحركة.
أنواع الحركة
تختلف أنواع الحركة التي يدرسها علم التحريك اعتمادًا على كتلة الجسم والقوة المطبقة عليه والسرعة والزخم، فالأجسام تتحرك في أنماطٍ مختلفةٍ من الحركة منها:
علم التحريك
علم التحريك أو الديناميك dynamics هو فرعٌ من فروع العلوم الفيزيائية والذي يهتم بدراسة حركة جسمٍ أو مجموعةٍ من الأجسام مع مراعاة بعض العوامل التي تؤثر عليها مثل الكتلة والقوى والزخم والطاقة، مثال على علم التحريك هو رمي كرةٍ لارتفاع 6 أقدام ودراسة القوة اللازمة لتحقيق هذا الارتفاع.
وضعت أسس علم التحريك في نهاية القرن السادس عشر من قبل العالم الفيزيائي غاليليو غاليلي الذي قام بتجربةٍ على كرةٍ ملساء تدور حولها طائرةٌ مائلةٌ، وكان أيضًا أول من أدرك أن القوة هي سبب التغيرات في سرعة الجسم، وهي نظريةٌ صحيحةٌ صاغها إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر في قانون الحركة الثاني.
قوانين نيوتن في علم التحريك
قانون نيوتن الأول
ينص قانون نيوتن الأول للحركة ويسمى أيضًا قانون القصور الذاتي على أن الجسم يبقى يتحرك بسرعةٍ ثابتةٍ إذا كان في حالة حركةٍ أو يبقى ساكنًا إذا كان في الأصل ساكنٌ ما لم يُجبر على تغيير تلك الحالة بقوةٍ خارجيةٍ، أي أن هذا القانون يحتوي على عبارتين منفصلتين: العبارة الأولى أن حالة السكون ستستمر ما لم يتم تطبيق القوة، والعبارة الثانية أن الجسم سيستمر بالحركة بسرعةٍ ثابتةٍ ما لم يتم إجباره على تغيير هذه الحالة بقوةٍ مؤثرةٍ، تتعلق قيمة التغير الذي يحصل بقيمة القوة المطبقة على الجسم.
قانون نيوتن الثاني
ينص قانون نيوتن الثاني للحركة على أنه إذا أثرت قوةٌ خارجيةٌ على جسمٍ ما أثناء حركته، فسوف يسبب ذلك التأثير في تسارع ذلك الجسم، ويعالج القانون العلاقة بين السبب والنتيجة أي بين القوة والحركة التي يمكن أن نعبر عنه بالعلاقة الرياضية التالية:
F = ma
حيث:
ويتم قياس القوة بالنيوتن N.
قانون نيوتن الثالث
ينص قانون نيوتن الثالث للحركة على أنه لكل فعلٍ رد فعلٍ معاكسٍ بالجهة ومكافئ له بالقيمة، لذلك إذا أثر جسمٌ ما بقوةٍ على جسمٍ ثانٍ فإن الجسم الثاني يؤثر بقوةٍ مساويةٍ وبجهةٍ معاكسةٍ على الجسم الأول.
كل شيءٍ في الكون يتحرك بشكلٍ دائمٍ بدءًا من الأرض التي تتحرك باستمرارٍ حول محورها وحول الشمس إلى الإنسان والسيارات والنجوم والكواكب وغيرها من الأشياء التي تبقى في حركةٍ دائمةٍ، فيمكن التعبير عن الحركة بأنها التغير في موضع جسمٍ ما بالنسبة لنقطةٍ معينةٍ خلال فترةٍ زمنيةٍ معينةٍ، كما تتعلق الحركة بالعديد من الأمور منها المسافة التي يقطعها الجسم والسرعة والزمن والتسارع. والعلم الذي يدرس هذه الأمور يسمى علم التحريك .
في الميكانيك الكلاسيكية يوجد مجالان لدراسة الحركة هما علم الحركة المجردة (الكينماتيك kinematics) الذي يهتم بدراسة حركة الأشياء دون النظر إلى الكتلة أو القوى المؤثرة على الجسم ودراسة التسارع والسرعة وليس القوة، وعلم التحريك (الديناميك dynamics) الذي سنقوم بتعريفه بالتفصيل في هذا المقال ودراسة قوانين نيوتن في الحركة التي تؤثر فيه بعد أن نتعرف على أنواع الحركة.
أنواع الحركة
تختلف أنواع الحركة التي يدرسها علم التحريك اعتمادًا على كتلة الجسم والقوة المطبقة عليه والسرعة والزخم، فالأجسام تتحرك في أنماطٍ مختلفةٍ من الحركة منها:
- الحركة العشوائية: عندما يتحرك جسمٌ بطريقةٍ غير منتظمةٍ أو عشوائيةٍ أو غير منظمةٍ يُقال إنه يتحرك بحركةٍ عشوائيةٍ مثل حركة الفراشة.
- الحركة المتعدية: عندما ينتقل جسمٌ من نقطةٍ في الفضاء إلى نقطةٍ أخرى يُقال إن الحركة تكون متعديةً، مثال لهذا النوع من الحركة رصاصة أطلقت من بندقيةٍ على تفاحةٍ.
- الحركة الدائرية: عندما يدور كائنٌ ما حول محوره مع تحرك كل جوانبه في دائرةٍ متحدة المركز يُقال إنه يخضع لحركةٍ دورانيةٍ مثل دوران الأرض حول محورها وعجلات سيارةٍ متحركةٍ ودوران مروحةٍ كهربائيةٍ.
- الحركة المتذبذبة: تتضمن الحركة المتذبذبة تحريك جسمٍ للأمام والخلف عكس اتجاه حركته والعودة بانتظامٍ إلى موضعه الأصلي، ومن الأمثلة على ذلك حركة البندول وأوتار الغيتار.
- الحركة النسبية: تحدث الحركة النسبية عندما يكون كائنٌ ما في حالة سكونٍ لكنه يظهر كأنه بحالة حركةٍ عند النظر إليه من جسمٍ يتحرك، على سبيل المثال عند السفر في حافلةٍ متحركةٍ إذا نظرت من النافذة إلى كائناتٍ غير متحركةٍ (مثل المنازل والسيارات المتوقفة) تبدو هذه الكائنات تتحرك للخلف على الرغم من أن الكائنات الموجودة خارج الحافلة لا تتحرك إلا أنها تبدو وكأنها تتحرك.
علم التحريك
علم التحريك أو الديناميك dynamics هو فرعٌ من فروع العلوم الفيزيائية والذي يهتم بدراسة حركة جسمٍ أو مجموعةٍ من الأجسام مع مراعاة بعض العوامل التي تؤثر عليها مثل الكتلة والقوى والزخم والطاقة، مثال على علم التحريك هو رمي كرةٍ لارتفاع 6 أقدام ودراسة القوة اللازمة لتحقيق هذا الارتفاع.
وضعت أسس علم التحريك في نهاية القرن السادس عشر من قبل العالم الفيزيائي غاليليو غاليلي الذي قام بتجربةٍ على كرةٍ ملساء تدور حولها طائرةٌ مائلةٌ، وكان أيضًا أول من أدرك أن القوة هي سبب التغيرات في سرعة الجسم، وهي نظريةٌ صحيحةٌ صاغها إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر في قانون الحركة الثاني.
قوانين نيوتن في علم التحريك
قانون نيوتن الأول
ينص قانون نيوتن الأول للحركة ويسمى أيضًا قانون القصور الذاتي على أن الجسم يبقى يتحرك بسرعةٍ ثابتةٍ إذا كان في حالة حركةٍ أو يبقى ساكنًا إذا كان في الأصل ساكنٌ ما لم يُجبر على تغيير تلك الحالة بقوةٍ خارجيةٍ، أي أن هذا القانون يحتوي على عبارتين منفصلتين: العبارة الأولى أن حالة السكون ستستمر ما لم يتم تطبيق القوة، والعبارة الثانية أن الجسم سيستمر بالحركة بسرعةٍ ثابتةٍ ما لم يتم إجباره على تغيير هذه الحالة بقوةٍ مؤثرةٍ، تتعلق قيمة التغير الذي يحصل بقيمة القوة المطبقة على الجسم.
قانون نيوتن الثاني
ينص قانون نيوتن الثاني للحركة على أنه إذا أثرت قوةٌ خارجيةٌ على جسمٍ ما أثناء حركته، فسوف يسبب ذلك التأثير في تسارع ذلك الجسم، ويعالج القانون العلاقة بين السبب والنتيجة أي بين القوة والحركة التي يمكن أن نعبر عنه بالعلاقة الرياضية التالية:
F = ma
حيث:
- m هي كتلة الجسم.
- a هي ثابت التسارع.
ويتم قياس القوة بالنيوتن N.
قانون نيوتن الثالث
ينص قانون نيوتن الثالث للحركة على أنه لكل فعلٍ رد فعلٍ معاكسٍ بالجهة ومكافئ له بالقيمة، لذلك إذا أثر جسمٌ ما بقوةٍ على جسمٍ ثانٍ فإن الجسم الثاني يؤثر بقوةٍ مساويةٍ وبجهةٍ معاكسةٍ على الجسم الأول.