بحث عن قوانين نيوتن الثلاثة

مقدمة البحث

الحمد لله الذي أتقن كل شيء خلقه، والصلاة والسلام على نبينا محمد. أما بعد، فإن حركة الأجسام من حولنا، من سقوط الأشياء وانطلاق السيارات وسير الكواكب، تخضع لقوانين دقيقة اكتشفها العلماء بالملاحظة والتجربة. وأشهر هذه القوانين قوانين نيوتن للحركة، وهي أساس علم الميكانيكا الكلاسيكية. وفي هذا البحث نتعرف على هذه القوانين الثلاثة ونطبقها على أمثلة من حياتنا.

تعريف الموضوع

قوانين نيوتن ثلاثة قوانين وضعها العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن، وعرضها في كتابه المشهور «المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية» الذي نشره في القرن السابع عشر الميلادي. وهي تصف العلاقة بين القوة التي تؤثر في الجسم وحركته. والقوة هي مؤثر يغيّر حالة الجسم الحركية أو شكله، وتقاس بوحدة النيوتن.

أهمية الموضوع

تفسر هذه القوانين كثيرًا من الظواهر اليومية، وتُستعمل في تصميم السيارات والطائرات والصواريخ والجسور، وفي سلامة الركاب كأحزمة الأمان والوسائد الهوائية، وفي دراسة الرياضة والفضاء. وهي أساس لفهم الفيزياء في المراحل اللاحقة.

أهداف البحث

• التعريف بنيوتن وقوانينه الثلاثة.
• شرح كل قانون وصيغته الرياضية إن وجدت.
• حل مسائل تطبيقية على القانون الثاني.
• ربط القوانين بظواهر الحياة اليومية.
• بيان حدود هذه القوانين.

عناصر البحث

أولًا: نبذة عن إسحاق نيوتن

ولد إسحاق نيوتن في إنجلترا في القرن السابع عشر الميلادي، وهو عالم فيزياء ورياضيات وفلك، ومن أعظم العلماء في التاريخ. وأسهم في تأسيس حساب التفاضل والتكامل، وفي دراسة الضوء والبصريات، ووضع قانون الجذب العام. وكان قبله علماء مسلمون وغيرهم قد درسوا الحركة والقوة، ومنهم الحسن بن الهيثم الذي بحث في الضوء والإبصار وأسس لمنهج التجربة، وقد بنى العلماء بعضهم على أعمال بعض.

ثانيًا: القانون الأول (قانون القصور الذاتي)

ينص على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك يبقى متحركًا بسرعة ثابتة في خط مستقيم، ما لم تؤثر فيه قوة محصلة غير صفرية. ويسمى القصور الذاتي ميل الجسم إلى مقاومة أي تغيير في حالته الحركية، وكلما زادت كتلة الجسم زاد قصوره الذاتي.

ومن الأمثلة عليه:

• اندفاع الركاب إلى الأمام عند توقف السيارة فجأة، لأن أجسامهم تميل إلى الاستمرار في الحركة، ولهذا نربط حزام الأمان.
• ميل الركاب إلى الخلف عند انطلاق السيارة بسرعة.
• بقاء الكرة المتدحرجة متحركة حتى يوقفها الاحتكاك.
• سحب الغطاء بسرعة من تحت الأكواب فتبقى في أماكنها.

ثالثًا: القانون الثاني (القوة والتسارع)

ينص على أن تسارع الجسم يتناسب طرديًا مع محصلة القوى المؤثرة فيه، وعكسيًا مع كتلته، وفي اتجاه القوة المحصلة. أي أن القوة الأكبر تعطي تسارعًا أكبر، والكتلة الأكبر تتسارع أقل لقوة معينة.

F = m × a

حيث F محصلة القوى بالنيوتن، وm الكتلة بالكيلوجرام، وa التسارع بالمتر لكل ثانية مربعة. والنيوتن الواحد هو القوة التي تعطي كتلة كيلوجرام واحد تسارعًا مقداره متر واحد لكل ثانية مربعة.

ومن تطبيقاته الوزن، وهو قوة جذب الأرض للجسم، ويساوي حاصل ضرب الكتلة في عجلة الجاذبية:

W = m × g

والوزن غير الكتلة، فالكتلة مقدار المادة في الجسم ولا تتغير بتغير المكان، أما الوزن فيختلف باختلاف عجلة الجاذبية، فوزن الإنسان على القمر أقل من وزنه على الأرض مع بقاء كتلته نفسها.

رابعًا: أمثلة محلولة على القانون الثاني

مثال 1: جسم كتلته 10 كجم أثّرت فيه قوة محصلة مقدارها 50 نيوتن، أوجد تسارعه.

a = F / m = 50 / 10 = 5 m/s²

مثال 2: ما القوة اللازمة لإكساب عربة كتلتها 40 كجم تسارعًا مقداره 3 م لكل ث مربعة؟

F = m × a = 40 × 3 = 120 N

مثال 3: أوجد وزن شخص كتلته 60 كجم على الأرض إذا كانت g تساوي 9.8 م لكل ث مربعة.

W = 60 × 9.8 = 588 N

مثال 4: قوتان تؤثران في صندوق كتلته 5 كجم في الاتجاه نفسه، الأولى 12 نيوتن والثانية 8 نيوتن، فإذا أهملنا الاحتكاك فما تسارعه؟ المحصلة 12 + 8 = 20 نيوتن، فالتسارع 20 ÷ 5 = 4 م لكل ث مربعة.

خامسًا: القانون الثالث (الفعل ورد الفعل)

ينص على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. فإذا أثّر جسم A بقوة في جسم B أثّر B في A بقوة مساوية لها في المقدار ومعاكسة في الاتجاه. وتؤثر القوتان في جسمين مختلفين، ولذلك لا تلغي إحداهما الأخرى.

• الصاروخ يدفع الغازات إلى الأسفل بقوة فتدفعه الغازات إلى الأعلى.
• السباح يدفع الماء إلى الخلف فيدفعه الماء إلى الأمام.
• عند المشي ندفع الأرض إلى الخلف فتدفعنا إلى الأمام.
• ارتداد البندقية إلى الخلف عند الإطلاق.
• انطلاق البالون المنفلت الهواء في الاتجاه المعاكس لخروج الهواء.

سادسًا: جدول ملخص

سابعًا: حدود القوانين

تنطبق قوانين نيوتن بدقة كبيرة على الأجسام التي نتعامل معها في حياتنا اليومية. لكنها لا تكفي لوصف الأجسام التي تتحرك بسرعات قريبة جدًا من سرعة الضوء، وقد وُضعت لذلك النظرية النسبية، ولا لوصف الجسيمات الدقيقة داخل الذرة، وقد وُضعت لذلك ميكانيكا الكم.

النتائج

• القانون الأول يبيّن أن للأجسام قصورًا ذاتيًا يقاوم تغيير حالتها الحركية.
• القانون الثاني يربط القوة بالكتلة والتسارع بالعلاقة F = m × a.
• القانون الثالث يبيّن أن القوى تأتي في أزواج متساوية ومتعاكسة تؤثر في جسمين مختلفين.
• هذه القوانين تفسر ظواهر كثيرة في حياتنا وتُطبَّق في التقنية.

التوصيات

• ربط حزام الأمان دائمًا في السيارة والالتزام بالسرعات المحددة.
• إجراء تجارب بسيطة داخل المدرسة لتأكيد القوانين.
• التدرب على حل مسائل متنوعة مع الانتباه إلى الوحدات.

الخاتمة

تعرفنا في هذا البحث على قوانين نيوتن الثلاثة ومعانيها وتطبيقاتها. وفي انتظام حركة الأجسام ودقة قوانينها دليل على عظمة الخالق الذي خلق كل شيء بقدر، وفيها حافز لنا لطلب العلم النافع واستثماره في خدمة الإنسان.

المراجع

• كتب الفيزياء والعلوم للمرحلتين المتوسطة والثانوية، وزارة التعليم في المملكة العربية السعودية.
• كتاب إسحاق نيوتن «المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية».
• كتب الفيزياء الجامعية في الميكانيكا الكلاسيكية.

كلمات دليلية

بحث، بحث عن، بحث علمي، بحوث، قوانين نيوتن الثلاثة