قانون نيوتن الثاني

هو أحد قوانين الحركة التي وضعت من قبل العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن

«إذا أثرت قوة على جسم ما فإنها تكسبه تسارعًا، يتناسب طردياً مع هذه القوة وعكسياً مع كتلته».

عند تطبيق قوةٍ ثابتة على جسمٍ ثقيل، فإنها تتسبب في تسريعه أو تغيير سرعته بمعدل ثابت في نفس اتجاه حركة القوة التي يتم تطبيقها، أما إذا كان الجسم متحركاً من الأساس، أي قبل تطبيق قوة خارجية عليه، فيمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة سرعته أو إبطاؤها، كما وتؤدي إلى تغيير مسار حركته طبقاً لاتجاه القوة التي أثرت عليه.

مثال على قانون نيوتن الثاني

يتم توليد التسارع عند تطبيق قوةٍ ثابتةٍ على كتلة معينة، فعلى سبيل المثال، في حال كان هنالك سيارة تزن 1000 كيلوغرام وقد نفذ منها الوقود اللازم لتشغيلها، فإن سائقها سيحاول دفعها لأقرب محطة وقود بسرعة 0.05 متر في الثانية، فبتطبيق قانون نيوتن الثاني، حيث القوة تساوي التسارع ضرب الكتلة، فإن القوة التي يقوم الشخص بتطبيقها تحسب بضرب كتلة السيارة 1000 في التسارع 0.05، فيكون الناتج 50 نيوتن وهي القوة المؤثرة، مما يقود لاستنتاج ينص على أنه كلما زادت كتلة الجسم، كلما زادت كمية القوة المطلوبة لتسريع حركته، حيث تحتاج الأجسام الأثقل وزناً إلى قوةٍ أكبر لتحريكها من القوة اللازمة لتحريك الأجسام الأخف وزناً للمسافة ذاتها.

مفاهيم قانون نيوتن الثاني

السرعة و التسارع

• يقول قانون نيوتن الثاني: خضوع جسمٍ كبيرٍ لقوةٍ ثابتةٍ يزيد من سرعته بنسبة ثابتة، فإذا كان الجسم في حالة سكونٍ سوف يتحرك متسارعًا مع اتجاه القوة المؤثِرة وإذا كان متحركًا يمكن أن تزداد سرعته أو تقل أو يتغير اتجاهها حسب اتجاه القوة، باختصار السرعة هي المسافة الثابتة التي يقطعها الجسم في مدةٍ زمنيةٍ باتجاهٍ واحدٍ، وعندما تزيد هذه السرعة يطلق عليها تسارع.
• القوة والتسارع في المعادلة هما كميات موجهة، أي لها حجمٌ واتجاهٌ.
• من الممكن أن تكون القوة فردية وممكن أن تكون مجموعة من القوى ويُرمز لها ب F ∑، الحرف الكبير دلالة على مجموعة متجهات القوى أو القوة الصافية على كائنٍ ما، لتصبح المعادلة بهذا الشكل: F = ma∑
• لا يمكننا تخيل تطبيق القوة الثابتة على جسمٍ لفترةٍ طويلةٍ، غالبًا ما تبقى لفترةٍ قصيرةٍ وهذا ما ينتج عنه الدافع، فحركة الجسم الكبير ضمن إطار مرجعي بالقصور الذاتي دون عواملٍ أخرى مثل الاحتكاك سيغير من سرعتها وجود دافع، قد يزيد أو يقلل من سرعتها وقد يغير وجهتها وبعدها ستستمر السرعة على حالٍ ثابتٍ لحين ظهور دافعٍ آخر يؤثر عليها.

الكتلة

هي المقدار التكويني للأجسام، وبمعنى أوضح الكمية العددية التي يتكون منها الجسم أي ليس لديها اتجاهٌ محددٌ. كما إنها ميزةٌ خاصةٌ بالجسم لا تتأثر بالموقع فلا تختلف باختلافه، على سبيل المثال كتلة أي كائنٍ تبقى نفسها على الأرض او القمر وفي أي مكان خالي بينما الوزن يختلف من مكانٍ لآخر. وتُقاس الكتلة بالكيلو جرام.

علاقة الكتلة والوزن

يساعدنا الوزن في استيضاح أفضل لمفهوم الكتلة، ورؤيتها من منظور علمي، فكلما زاد الوزن زادت الكتلة؛ أي علاقتهما تناسبية. مثلًا كتلة كرة القدم أكبر من كتلة بالون.

القوة الصافية

• هي مجموع القوى المؤثرة على أي جسمٍ، وهي قوةٌ غير متوازنةٍ، فعندما تؤثر قوتان أو أكثر تكون النتيجة ما يسمى القوة الصافية بحسب قوانين نيوتن.
• جميع المؤثرات التي لها حجمٌ وسرعةٌ مع اتجاه القوة الصافية تحرك الكائن، وبالتالي فإن تأثير القوة الصافية على الجسم الساكن هي تحريكه وعلى الجسم المتحرك تسارعه.
• فعند ركل كرة القدم للأعلى، وهي في حالة ارتفاعها تتعرض لقوةٍ صافيةٍ حيث إنها تتسارع، وعند هبوطها ايضًا تتعرض لتأثير قوةٍ صافيةٍ فتتباطأ.
• بحسب قانون نيوتن الثاني يجب أن تكون السرعة في تغيرٍ دائمٍ ما بين الثانية والاخرى.

العلاقة بين القوة الصافية والكتلة والتسارع

يقول قانون نيوتن الأول: إن الجسم يبقى في حركةٍ موحدةٍ ما لم يتم تدخل قوة صافية تؤثر عليه، فعند تعرضه لقوةٍ صافيةٍ يتسارع. يوضح قانون نيوتن الثاني بالتفصيل العلاقة بين القوة الصافية والكتلة والتسارع:

• التسارع ينجذب لاتجاه القوة الصافية، إذا قمنا بدفع أو سحب كائنٌ في اتجاهٍ معينٍ فإنه يتسارع في هذا الاتجاه.
• مقدار التسارع يتناسب مباشرةً مع مقدار القوة الصافية.
• إذا ضغطت مرتين بقوة (مع عدم وجود قوى أخرى) سيكون التسارع أكبر مرتين.
• مقدار التسارع يتناسب عكسًا مع كتلة الكائن.
• فكلما زادت الكتلة كلما قلّ التسارع (كما هو متوقعٌ من الجمود).