أنماط الحركة والاتزان: الفيزياء

أنماط الحركة والاتزان

• الفيزياء كما نفهمها اليوم بدأت بفهم علماء اليونان لبعض المفاهيم منذ أكثر من ألفي عام
• كان لديهم معرفة جيدة بفيزياء الأجسام الطافية وخصائص الضوء
• الحركة كانت مربكة لهم
• أرسطو كان من أوائل من درسوا الحركة بجدية وحاول توضيحها بالتصنيف

أرسطو والحركة

• قسم أرسطو الحركة إلى نوعين: طبيعية وغير طبيعية (عنيفة)
• الحركة الطبيعية مرتبطة بطبيعة الأجسام مثل الدخان المتصاعد وسقوط صخرة
• حركة النجوم المشاهدة في ليلة مظلمة حركة طبيعية
• الحركة غير الطبيعية تنتج عن قوى الدفع أو السحب
• اعتقد أرسطو أن القوانين الطبيعية يمكن فهمها بالتفكير المنطقي
• أصر أرسطو على شيئين: الأجسام الثقيلة تسقط أسرع من الخفيفة، والأجسام تحتاج لقوة للبقاء في حالة حركة
• تم دحض هذه الأفكار من قبل غاليليو في القرن السادس عشر عن طريق التجربة، حيث أثبت أن الأجسام تسقط بالتزامن بغض النظر عن وزنها

مفهوم غاليليو عن القصور الذاتي

• اختبر غاليليو فكرته بالتجربة ولاحظ أن الجسم المتحرك على سطح مائل يستمر في حركته ما لم تؤثر عليه قوى أخرى
• القوة هي الدفع أو السحب
• القوة ضرورية لبدء حركة الجسم، ولكن ليست ضرورية لاستمرارها إلا للتغلب على الاحتكاك
• الجسم المتحرك لا يحتاج لقوة للاستمرار في حركته في حالة عدم وجود احتكاك
• الكرة المتحركة على سطح أفقي تتحرك إلى الأبد في غياب الاحتكاك بسبب "القصور الذاتي"
• كانت هذه بداية العلم الحديث حيث تختبر الحقيقة بالتجربة وليس بالتأمل الفلسفي

الكتلة – مقياس القصور الذاتي

• كل جسم مادي له قصور ذاتي، وكلما زادت كمية المادة زاد القصور الذاتي
• الكتلة هي مقياس القصور الذاتي لجسم مادي
• الوزن يعني الكتلة، لكن مفهوم الكتلة أساسي أكثر من الوزن
• الكتلة هي كمية أساسية، بينما الوزن يعتمد على قوة الجذب الأرضي
• الكتلة هي كمية المادة المتجمعة في جسم ما، وهي مقياس للقصور الذاتي أو الإبطاء الذي يظهره الجسم استجابة لأي جهد لتحريكه أو إيقافه، أو تغيير حالة حركته بأي شكل
• الوزن هو القوة المؤثرة في جسم ما بسبب الجاذبية
• الوحدة المعيارية للكتلة هي الكيلوجرام (كجم)
• الوزن يقاس بوحدات القوة مثل الباوندات، والوحدة العلمية للقوة هي النيوتن (N)
• يتناسب كل من الكتلة والوزن معًا طرديًا

القوة المحصلة

• القوة عبارة عن دفع أو سحب
• الأجسام لا تزيد سرعتها ولا تقل ولا تغير اتجاهها إلا بتأثير قوة
• القوة المحصلة هي القوة الكلية المؤثرة في جسم ما
• عند قذف كرة البيسبول، القوى المؤثرة فيها هي الجاذبية والاحتكاك مع الهواء وقوة الدفع من العضلات
• القوة المحصلة هي مجموع هذه القوى وتعمل على تغيير حالة حركة الجسم
• القوى كميات متجهة لها مقدار واتجاه، وتُمثل بأسهم حيث طول السهم يمثل المقدار واتجاه السهم يمثل الاتجاه

قاعدة الاتزان

• عند ربط حبل بكيس طحين وتعليقه بمقياس زنبركي، يستطيل الزنبرك حتى تصبح قراءته مساوية لوزن كيس الطحين، ويكون الزنبرك في حالة اتزان تحت تأثير قوة الشد
• عند تعليق ضعف كمية الطحين، تتضاعف القراءة
• هناك قوتان تؤثران في كيس الطحين : قوة شد نحو الأعلى وقوة وزن نحو الأسفل، وهما متساويتان في المقدار ومتعاكستان في الاتجاه
• عندما تكون القوة المحصلة على شيء ما صفرًا، نقول أن الجسم في حالة "اتزان ميكانيكي"
• بالرموز الرياضية: ΣF = 0 حيث Σ تشير إلى "المجموع المتجه" و F ترمز إلى "القوى"

قوة الدعم

• الكتاب الموضوع على الطاولة يكون في حالة اتزان
• القوى المؤثرة في الكتاب هي وزنه (قوة الجاذبية) وقوة أخرى للأعلى تساوي القوة المحصلة عليها إلى الصفر تسمى قوة الدعم
• الطاولة تؤثر بمثل هذه القوة نحو الأعلى ، غالبا ما تسمى القوة العمودية
• وزن الكتاب يضغط على ذرات الطاولة التي تضغط على الكتاب
• في حالة الوقوف على ميزان الحمام، هناك قوتين تؤثران على الميزان الأولى قوة سحب الجاذبية نحو الأسفل (الوزن) والأخرى قوة دفع السطح نحو الأعلى

الاتزان التحريكي (الاتزان الديناميكي)

• عندما لا يتحرك جسم ما، فإن محصلة القوى على هذا الجسم تساوي صفرًا، ويسمى اتزان سكوني
• إذا تحرك جسم ما بسرعة ثابتة على خط مستقيم، فإنه يكون أيضا في حالة اتزان، ويسمى اتزان ديناميكي
• في الحالتين، سواء كان الاتزان سكونيًا أم حركيًا : EF=0

قوة الاحتكاك

• الاحتكاك قوة ممانعة تعيق الحركة أو تمنع حركة جسم فوق جسم آخر ملامس له
• الاحتكاك يؤثر دائمًا في الاتجاه المعاكس للحركة
• فإذا قمت بدفع جسم صلب على سطح نحو اليمين، فإن قوة الاحتكاك تؤثر في الجسم في اتجاه اليسار

السرعتان؛ القياسية والمتجهة

• قبل عصر جاليليو، صنف الناس حركة الأشياء ببساطة إلى بطيئة وسريعة
• كان غاليليو أول من قاس السرعة القياسية بمقارنة المسافة المقطوعة مع الزمن اللازم لقطع تلك المسافة
• السرعة القياسية = المسافة المقطوعة / الزمن المستغرق
• الأشياء المتحركة غالبًا ما تختلف سرعتها، لذلك يمكن معرفة سرعتها اللحظية بالنظر إلى عداد السرعة
• السرعة التي لا يزيد مقدارها ولا يقل تسمى السرعة القياسية الثابتة
• السرعة المتجهة هي كمية متجهة تعين كلا من المقدار والاتجاه
• السرعة المتجهة الثابتة تعني ثباتًا في مقدار السرعة وفي اتجاهها , الاتجاه الثابت هو خط مستقيم
• السرعة المتجهة تعني حركة على خط مستقيم بسرعة مقدارها ثابت

التسارع

• تخضع معظم الأشياء المتحركة لتغيرات في حركتها , ونقول أنها تخضع لتسارع
• عرف جاليليو معدل التغير في السرعة بأنه التسارع
• التسارع = التغير في السرعة / الفترة الزمنية
• التسارع يشمل التغير في مقدار السرعة, والتغير في اتجاهها أيضا