قوانين الحركة في الميكانيكا

علم الميكانيكا

الفيزياء عِلم لا غنى عنه في علوم المعرفة، ويتفرع لعدة مجالات تهتم بتفسير كل ما يحصل حول البشر، ومن أهم فروعه علم الميكانيكا؛ والذي هو العلم الذي يهتم بدراسة كيفية حركة الأجسام عند تعرضها لقوة كافية لإزاحتها عن موضعها أو عندما تكون في حالة سكونها، وقد قام بوضع أسس هذا العلم عدة علماء منهم العالِم إسحاق نيوتن، ويدخل علم الميكانيكا في تفسير العديد من الظواهر، وسيتم في هذا المقال مناقشة قوانين الحركة في الميكانيكا.

قوانين الحركة في الميكانيكا

ينقسم علم الميكانيكا إلى فرعين أساسيين: علم الأجسام الساكنة الذي يهتم بدراسة القوى المؤثرة على جسم ساكن^[١]، وعلم الأجسام المتحركة والذي يهتم بدراسة حركة الأجسام وعلاقتها بالقوى والكتلة والزخم والطاقة، كما ينقسم علم الأجسام المتحركة بدوره إلى قسمين: kinematics الذي يهتم بوصف حركة الأجسام بغض النظر عن مسبباتها، وkinetics الذي يدرس مسببات الحركة وتأثير القوى والعزوم على حركة الأجسام^[٢]، وقد وُضعت العديد من القوانين والمعادلات لدراسة حركة الأجسام من أهمها ما يأتي:

قوانين نيوتن في الحركة ومعادلاتها

تعود أساسيات علم الأجسام المتحركة إلى أواخر القرن السادس عشر من قِبل العالِم جاليليو، لكن الذي استطاع أن يصيغ قوانينها هو العالِم إسحاق نيوتن؛ حيث تعد قوانين نيوتن للحركة أساس علم الميكانيكا^[١]، وهي ثلاثة قوانين يمكن ذكرها كالآتي:^[٣]

• قانون نيوتن الأول: الجسم الساكن يبقى ساكنا، والجسم المتحرك يبقى متحركا ما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
• قانون نيوتن الثاني: القوة المؤثرة على جسم ما تساوي حاصل ضرب كتلة الجسم في تسارعه.
• قانون نيوتن الثالث: لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.

ويمكن تمثيل هذه القوانين بصيغ رياضية هي أحد أهم قوانين الحركة في الميكانيكا، وتندرج هذه المعادلات تحت علم وصف الحركة kinematics، وتستعمل هذه المعادلات حين يكون التسارع ثابتًا، ويمكن تطبيقها أيضا على حركة الجسم الساقط سقوطًا حرًا، وهي أربع معادلات كما يأتي:^[٤]

• السرعة النهائية = السرعة الابتدائية + التسارع * الزمن.
• الإزاحة = (النهاية السرعة+الابتدائية السرعة)/2 * الزمن.
• الإزاحة = السرعة الابتدائية * الزمن + 1/2 التسارع * الزمن².
• السرعة النهائية² = السرعة الابتدائية² + 2 * التسارع * الإزاحة.

قوانين الحفظ

هناك قوانين بنيت على أساسيات قوانين نيوتن للحركة، فعلم الميكانيكا لا يقتصر على القوة والكتلة والحركة، إنما تلعب الطاقة والزخم والزخم الزاوي دورًا مهما في حركة الجسم وهي كميات محفوظة، فمجموعها الكلي لا يتغير في النظام، وهذه القوانين كالآتي:^[٥]

• قانون حفظ الطاقة: ينص على أن الطاقة لا تفنى ولا تُستحدث من العدم إنما تتحول من شكل إلى آخر.
• قانون حفظ الزخم: ينص على أنه ما لم تؤثر على الأجسام المتصادمة قوة خارجية؛ فإن الزخم الكلي للنظام قبل التصادم يساوي الزخم الكلي بعد التصادم.

تطبيقات على قوانين الحركة في الميكانيكا

تملك قوانين الحركة مدى واسعًا من التطبيقات والاستخدامات؛ وذلك لأنها تتعلق بكل ما يتحرك في الكون، حيث يمكن بمبادئ علم الميكانيكا واستخدام قوانينها ومعادلاتها التنبؤ بحركة النجوم والكواكب والأقمار الصناعية^[١]، كما يمكن من خلالها متابعة حركة الجسيمات على المستوى الذري، بل حتى على أسرع الجزيئات كالفوتون، ويتعدى مجال استخدامها إلى الحروب أيضًا، حيث يمكن باستخدام هذه المعادلات تحديد مكان سقوط قذيفة المدفع، وحتى رصاص الأسلحة النارية.^[٦]

المراجع[+]

1. ^ ^{أ ب ت} "Mechanics", www.britannica.com, Retrieved 25-7-2019. Edited.
2. ↑ "Dynamics", www.britannica.com, Retrieved 25-7-2019. Edited.
3. ↑ "Newton's Three Laws of Motion", ccrma.stanford.edu, Retrieved 25-7-2019. Edited.
4. ↑ "What are the kinematic formulas?", www.khanacademy.org, Retrieved 25-7-2019. Edited.
5. ↑ "What Is Classical Mechanics?", www.livescience.com, Retrieved 25-7-2019. Edited.
6. ↑ "What is the importance of kinematics?", www.quora.com, Retrieved 25-7-2019. Edited.