تعتبر الحركة الدوَّارية إحدى التطبيقات العملية المعاصرة لقوانين نيوتن في علم الحركة. هذه القوانين الثلاثة تشكل أساسًا متينًا لفهم حركة الأجسام وسلوكها، حيث قام العالم إسحاق نيوتن بتجميعها لأول مرة لتفسير مجموعة متنوعة من الظواهر الفيزيائية التي تواجهنا في حياتنا اليومية، والتي ترتبط بحركة الجسم، وقوته، وسرعته.
يمكننا الاستعانة بقانون نيوتن الأول لتفسير ظاهرة تصادم السيارة. فعندما تسير السيارة في خط مستقيم، فإنها ستستمر في هذا المسار حتى تصطدم بعائق، مما يؤدي إلى تغير سرعتها واتجاهها. وإذا كانت السيارة تتحرك بسرعة عالية وفوجئت بوجود عقبة، فإن ذلك سيؤثر على كل ما بداخلها، بما في ذلك الركاب والأشياء. في السطور القادمة، سنستعرض استخدامات الحركة الدوَّارية في حياتنا اليومية.
محتويات
استخدامات الحركة الدوَّارية في الحياة اليومية
تتواجد العديد من الأمثلة على الحركة الدوَّارية التي نشهدها بشكل يومي، مثل حركة المروحة التي تدور حول مركزها وتتحرك أذرعها بطريقة دورانية. علم الحركة يتضمن تغيير موقع الجسم واتجاهه خلال فترة زمنية معينة، وكذلك يمكن من خلاله عرض قوانين نيوتن للحركة وأنواع الحركات الأساسية.
قوانين نيوتن في الحركة
إن قوانين نيوتن للحركة تمثل تطورًا هائلًا في مجال الفيزياء على مرّ أكثر من ثلاثة قرون، حيث تركز هذه القوانين على حركة الأجسام وتفاعلها، وسرعتها، والزمن. وما زالت هذه القوانين تُطبق بتوسع وروعة في حياتنا اليومية:
القانون الأول
- يشير هذا القانون إلى أن الجسم الساكن يستمر في حالة سكونه ما لم تؤثر عليه قوة خارجية، وأن الجسم لا يبدأ في الحركة أو يتوقف أو يغير اتجاهه إلا بفعل قوة خارجية تؤدي إلى تغير حالته.
القانون الثاني
- ينص على أن القوة المؤثرة على جسم ما تساوي كتلة ذلك الجسم مضروبة بتسارعه، ويمكن صياغته بالعلاقة: القوة = الكتلة × التسارع. وتعتبر كل من القوة والتسارع كميتين متجهتين، ويمكن أن تكون القوة منفردة أو مكونة من مجموعة قوى.
- عندما يتعرض جسم ما لقوة ثابتة، فإنه يتسارع بمعدل ثابت، وفي حال تعرض جسم ساكن لقوة خارجية، فإنه يتسارع في اتجاه تلك القوة أو مجموع القوى المؤثرة عليه. وإذا كان الجسم في حالة حركة، فإن القوة يمكن أن تؤثر على سرعته أو تغير اتجاه حركته حسب اتجاه القوة المؤثرة والجسم.
القانون الثالث
- ينص قانون نيوتن الثالث على أن لكل فعل هناك رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. هذا القانون ينطبق على تفاعل جسمين يتأثر أحدهما بقوة من الآخر، فعند دفع جسم لآخر بقوة معينة، يقوم الجسم الآخر بالدفع بنفس المقدار في لحظة الدفع. وإذا كان الجسم المؤثر أكبر بكثير من الجسم الآخر، فإن تأثير القوة العكسية قد يكون غير ملحوظ.
أنواع الحركة
- تخصص العلوم الحديثة في الميكانيكا للدراسة أنواع الحركات، بما في ذلك الحركة الانتقالية، الدورانية، والتذبذبية، وسنستعرض تفاصيل هذه الأنواع فيما يلي:
الحركة الانتقالية
- تشير الحركة الخطية إلى حركة الجسم في خط مستقيم وفي اتجاه معين وبمسافة ثابتة، حيث يتحرك الجسم بنفس الطريقة.
الحركة الدوَّارية
- يُعرف الفرع المالي للديناميكية الانتقالية بأنه يهتم بحركة الجسم ويستخدم القوانين والمعادلات لتفسير هذه الحركة.
- تتأثر حركة الأجسام بعدة قوى، مثل الجاذبية والاحتكاك، وتستخدم مبادئ الحركة الانتقالية لتفسير ظواهر مثل حرارة المادة عبر فهم جزيئاتها.
- عندما نتحدث عن “عزم القوة”، فإننا نشير إلى دوران الجسم حول محوره، مما يتأثر بمقدار القوة المطلوبة لإنتاج هذه الحركة، ويتم التعبير عنها رياضيًا بالعلاقة: العزم = القوة × المسافة × الاتجاه.
- فالمسافة تشير إلى البعد بين المركز الذي يدور حوله الجسم والنقطة التي تتعرض للقوة، ويطلق عليها “الذراع”، بينما تشير الزاوية إلى العلاقة بين القوة والذراع، وعندما تدور الأجسام حول محاورها، تكتسب طاقة حركية نتيجة توازن القوى.
الحركة التذبذبية
- تظهر هذه الحركة نتيجة لتغير الحركة بشكل متكرر على مدى الزمن، بمعنى تكرار الحركة نفسها عدة مرات في فترة محددة.
- تعد حركة البندول مثالًا واضحًا لهذا النوع من الحركة، حيث يتأرجح البندول جيئةً وذهابًا حول نقطة اتزان، مكررًا نفس الحركة مرات عديدة.