القانون الأول لنيوتن: حالتي الحركية تتغير
يستنتج أن الجسم يبقى ساكنًا، أو يبقى متحركًا بسرعة ثابتة، ما لم تؤثر فيه قوة محصلة تغيّر مقدار سرعته أو اتجاهها.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: القوى و الحركة : الاوليات — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (١): حالتي الحركية تتغير — الجزء الأول، ص ٥٥
خطوات التجربة
افتح شاشة «الحركة»، وفعّل «القوى» و«القيم» و«السرعة».
اترك الصندوق دون أي قوة، وراقبه بضع ثوانٍ. سجّل: هل يتحرك من تلقاء نفسه؟
حرّك منزلق «القوة المؤثرة» قليلًا إلى إحدى الجهتين كي يدفع الشخص الصندوق، ثم أعد المنزلق إلى الصفر. راقب مقياس «السرعة» بعد زوال القوة، وسجّل ما حدث للسرعة.
أثّر بقوة في اتجاه الحركة نفسه مدة قصيرة ثم أوقفها. سجّل ما حدث للسرعة أثناء التأثير بالقوة وبعده.
أثّر بقوة في عكس اتجاه الحركة مدة قصيرة ثم أوقفها قبل أن يقف الصندوق. سجّل ما حدث للسرعة.
أثّر بالقوة المعاكسة مرة أخرى وأبقها حتى يقف الصندوق ثم يتحرك في الاتجاه المعاكس. سجّل ما الذي لزم لتغيير اتجاه حركته.
الفكرة العلمية
ينصّ القانون الأول لنيوتن على أن الجسم يبقى على حالته من حيث السكون أو الحركة ما لم تؤثر فيه قوة محصلة تغيّر من مقدار سرعته أو اتجاهها أو كليهما. وهذا ما رأيته: الصندوق الساكن لم يتحرك وحده، وحين زالت القوة لم يتوقف بل استمر بالسرعة نفسها، ولم تزد سرعته أو تنقص أو يتغيّر اتجاهه إلا حين أثّرت فيه قوة جديدة. ولأن الجسم يعجز عن تغيير حالته الحركية من تلقاء نفسه، سُمّي هذا القانون قانون القصور الذاتي. تنبيه: شاشة «الحركة» لا احتكاك فيها، كأن السطح أملس تمامًا. أما على طاولة حقيقية فتتباطأ الكرة وتقف لأن قوة الاحتكاك تؤثر فيها، ويمكنك أن ترى أثرها في شاشة «الاحتكاك».
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
دفعت الصندوق ثم أعدت «القوة المؤثرة» إلى الصفر. ماذا يفعل الصندوق في شاشة «الحركة»؟
- يقف فورًا
- يتباطأ تدريجيًا حتى يقف
- يستمر بالسرعة نفسها
- يرجع إلى الخلف
اعرض الإجابة
ج) يستمر بالسرعة نفسها
لا توجد قوة محصلة بعد زوال الدفع، ولا احتكاك في هذه الشاشة، فلا شيء يغيّر سرعته. ويظن كثير من الطلبة أن الحركة تحتاج إلى قوة كي تستمر، والصحيح أن القوة تلزم لتغيير الحركة لا لاستمرارها.
ما الذي يلزم كي تتغيّر سرعة جسم متحرك؟
- قوة محصلة تؤثر فيه
- أن يكون خفيفًا
- مرور وقت كافٍ
- لا شيء، فالسرعة تتغيّر وحدها
اعرض الإجابة
أ) قوة محصلة تؤثر فيه
حسب القانون الأول لا تتغيّر سرعة الجسم إلا بقوة محصلة. ومن اختار مرور الوقت تأثّر بما يراه في الحياة من أجسام تتباطأ، وهي تتباطأ بسبب قوة الاحتكاك لا بسبب الوقت.
صندوق يتحرك نحو اليمين، فأثّرت فيه بقوة نحو اليسار مدة طويلة. ماذا يحدث؟
- يتحرك فورًا نحو اليسار
- يستمر نحو اليمين بالسرعة نفسها
- يقف ويبقى ساكنًا مهما استمرت القوة
- يتباطأ ثم يقف ثم يتحرك نحو اليسار
اعرض الإجابة
د) يتباطأ ثم يقف ثم يتحرك نحو اليسار
القوة المعاكسة تنقص السرعة تدريجيًا حتى تصير صفرًا، ثم تكسبه سرعة في اتجاهها إن استمرت. ولا يغيّر الجسم اتجاهه فجأة، ومن ظنّ أنه يبقى ساكنًا نسي أن القوة ما زالت تؤثر فيه بعد أن وقف.
اصطدمت سيارة بحاجز فجأة. لماذا يندفع الراكب الذي لا يضع حزام الأمان إلى الأمام؟
اعرض الإجابة
كان الراكب متحركًا مع السيارة، وحين أوقف الحاجز السيارة لم تؤثر في الراكب قوة توقفه، فاستمر في حركته إلى الأمام بسبب القصور الذاتي. وحزام الأمان يؤثر فيه بالقوة اللازمة لإيقافه مع السيارة.
في المحاكاة استمر الصندوق في الحركة بعد زوال القوة، أما الكرة على طاولة الصف فتقف بعد مسافة. هل يناقض ذلك القانون الأول؟ فسّر.
اعرض الإجابة
لا يناقضه، لأن الطاولة الحقيقية تؤثر في الكرة بقوة احتكاك تعاكس حركتها، فهي قوة محصلة تنقص سرعتها حتى تقف. أما شاشة «الحركة» فلا احتكاك فيها، فلا توجد قوة تغيّر سرعة الصندوق.