استنتج إذا كانت سيارة تتحرك بسرعة ثابتة المقدار فهل يلزم أن تكون واقعة تحت تأثير قوى متزنة.
الإجابة الصحيحة هي : لا، لانه لو تحركت السياره بسرعه ثابتة فسوف تنعطف في حركتها والانعطاف يعطي نوعا من التسارع.
إن حركة الأجسام في الطبيعة تُفسَّر من خلال قوانين الحركة التي وضعها إسحاق نيوتن، والتي تُعرف بقوانين نيوتن الثلاثة للحركة. وفيما يتعلق بحركة السيارات، فإن إحدى الأسئلة الشائعة هي ما إذا كانت السيارة التي تتحرك بسرعة ثابتة المقدار لابد أن تكون واقعة تحت تأثير قوى متزنة أم لا؟ للإجابة على هذا السؤال، دعونا نستكشف هذه المسألة بمزيد من التفصيل.
1. قانون نيوتن الأول للحركة
ينص قانون نيوتن الأول للحركة على أن: “الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك بسرعة منتظمة في خط مستقيم، ما لم تؤثر عليه قوة خارجية”. وهذا يعني أنه إذا لم تؤثر أي قوى خارجية على جسم، فإنه إما أن يبقى ساكنًا أو يستمر في الحركة بنفس السرعة ونفس الاتجاه.
2. قانون نيوتن الثاني للحركة
ينص قانون نيوتن الثاني للحركة على أن: “تُساوي محصلة القوى المؤثرة على جسم ما حاصل ضرب كتلته في تسارعه”. وهذا يعني أن تسارع الجسم يتناسب طرديًا مع محصلة القوى المؤثرة عليه، كما يتناسب عكسيًا مع كتلته.
3. القوى المتزنة والقوى غير المتزنة
القوى المتزنة هي القوى التي تتساوى في المقدار وتتعاكس في الاتجاه، مما ينتج عنها محصلة قوى تساوي صفرًا. بينما القوى غير المتزنة هي القوى التي لا تتساوى في المقدار أو الاتجاه، مما ينتج عنها محصلة قوى غير صفرية.
4. السيارة التي تتحرك بسرعة ثابتة المقدار
إذا كانت سيارة تتحرك بسرعة ثابتة المقدار، فهذا يعني أن تسارعها يساوي صفرًا. ووفقًا لقانون نيوتن الثاني للحركة، فإن محصلة القوى المؤثرة عليها يجب أن تكون صفرًا أيضًا.
5. القوى المؤثرة على السيارة
توجد عدة قوى تؤثر على سيارة تتحرك بسرعة ثابتة المقدار، وهي:
قوة الدفع: هي القوة التي يوفرها المحرك لدفع السيارة إلى الأمام.
قوة الاحتكاك: هي القوة التي تعارض حركة السيارة بسبب الاحتكاك بين إطاراتها والطريق.
قوة الجاذبية: هي القوة التي تسحب السيارة لأسفل باتجاه الأرض.
قوة الرفع: هي القوة التي ترفع السيارة لأعلى بسبب تدفق الهواء حولها.
6. توازن القوى
عندما تتحرك السيارة بسرعة ثابتة المقدار، فإن قوة الدفع تساوي محصلة قوة الاحتكاك وقوة الجاذبية وقوة الرفع. وهذا التوازن للقوى هو الذي ينتج عنه تسارع صفري للسيارة.
7. الاستثناء
هناك استثناء واحد للحالة التي تكون فيها السيارة التي تتحرك بسرعة ثابتة المقدار ليست بالضرورة متوازنة القوى. يحدث هذا الاستثناء عندما تكون السيارة تتحرك في مسار دائري. في هذه الحالة، تتسبب قوة الاحتكاك في تسارع مركزي للسيارة، وتكون محصلة القوى غير صفرية.
إذن، بالنسبة للسؤال الأصلي عما إذا كانت السيارة التي تتحرك بسرعة ثابتة المقدار يلزم أن تكون واقعة تحت تأثير قوى متزنة، فإن الإجابة هي نعم، في معظم الحالات. فوفقًا لقانون نيوتن الثاني للحركة، فإن تسارع الجسم يتناسب طرديًا مع محصلة القوى المؤثرة عليه. وبما أن تسارع السيارة التي تتحرك بسرعة ثابتة المقدار يساوي صفرًا، فإن محصلة القوى المؤثرة عليها يجب أن تكون أيضًا صفرًا. وهذا يعني أن القوى المؤثرة على السيارة، مثل قوة الدفع وقوة الاحتكاك وقوة الجاذبية وقوة الرفع، يجب أن تكون متوازنة. ومع ذلك، يوجد استثناء واحد عندما تكون السيارة تتحرك في مسار دائري، حيث تكون القوى غير متوازنة بسبب قوة الاحتكاك التي تسبب تسارعًا مركزيًا للسيارة.