معادلة نيوتن الثانية للحركة : F = ma

معادلة نيوتن الثانية للحركة : F = ma

معادلة نيوتن الثانية للحركة هي أحد أهم المعادلات في الفيزياء، وتعبر عن العلاقة بين القوة المؤثرة على جسم وتسارعه. وتُعرف بالتالي بالصيغة:

F = ma

حيث تعني:

• F: القوة المؤثرة على الجسم بالنيوتن (N).
• m: كتلة الجسم بالكيلوغرام (kg).
• a: التسارع الذي يتحرك به الجسم بالمتر/ثانية² (m/s²).

وتشير هذه المعادلة إلى أن القوة المؤثرة على جسم ما، ستؤدي إلى إحداث تسارع في حركته، وأن حجم هذا التسارع يتناسب مع حجم القوة وعكساً مع كتلة الجسم. ويمكن استخدام هذه المعادلة لحساب التسارع الذي يتحرك به الجسم في حال معرفة القوة المؤثرة عليه. المعادلات الفيزيائية

على سبيل المثال، إذا كان لدينا جسمًا بكتلة 10 كجم وتؤثر عليه قوة بحجم 20 نيوتن، يمكن استخدام معادلة نيوتن الثانية لحساب التسارع الناتج عن هذه القوة، وذلك بالتالي:

F = ma
20 = 10a

ومن هذه المعادلة، يمكننا حساب التسارع الناتج بالقسمة على كتلة الجسم، أي:

a = 20/10 = 2 م/ث²

وبذلك، فإن هذا الجسم سيتحرك بتسارع يبلغ 2 م/ث² نتيجة لتأثير القوة المؤثرة عليه.

عدة المجالات في المعادلة

تُستخدم معادلة نيوتن الثانية للحركة في العديد من المجالات، مثل الحركة الدائرية، والديناميكا الحرارية، والديناميكا الحركية، وغيرها. وهي معادلة مهمة في دراسة حركة الأجسام الصلبة والسوائل، وتُستخدم لتوصيف حركة الأجسام في أي نظام من الأنظمة الميكانيكية.

تشير المعادلة إلى أن القوة التي تؤثر على جسم ما، تسبب تسارعًا في حركته. وهناك ثلاثة حالات يمكن تطبيق معادلة نيوتن الثانية فيها، وهي:

• 1- عندما تكون الجسم ثابتًا: في هذه الحالة، يكون التسارع الذي يعاني منه الجسم يساوي الصفر، ويعني ذلك أن الجسم لا يتحرك.
• 2- عندما يتحرك الجسم بسرعة ثابتة: في هذه الحالة، يكون التسارع الذي يعاني منه الجسم يساوي الصفر أيضًا، ويعني ذلك أن الجسم يتحرك بسرعة ثابتة دون تغيير في حركته.
• 3- عندما يتحرك الجسم بتسارع: في هذه الحالة، يكون التسارع الذي يعاني منه الجسم غير الصفر، ويعني ذلك أن الجسم يتحرك بتسارع معين بسبب القوة التي تؤثر عليه.

ويمكن حساب قوة الجاذبية الناتجة عن كوكب، على جسم بكتلة محددة، باستخدام معادلة نيوتن الثانية. وبهذه الطريقة، يمكن توضيح الحركة الدائرية، التي تحدث عندما يكون الجسم يدور حول كوكب بمسار دائري.

وعلى سبيل المثال، إذا كان لدينا قمرٌ يدور حول كوكب بمسار دائري، يمكننا استخدام معادلة

نيوتن الثانية لحساب القوة المؤثرة على القمر. تُعبر المعادلة عن العلاقة بين القوة، والتسارع، والكتلة، وهي كالتالي:

F = ma

• حيث:
• F هي القوة المؤثرة على الجسم، بالنيوتن (N).
• m هي الكتلة الجسم، بالكيلوغرام (kg).
• a هي التسارع الذي يعاني منه الجسم، بالمتر في الثانية المربعة (m/s²).

إذا أردنا حساب القوة المؤثرة على القمر، يمكننا استخدام هذه المعادلة وتعويض القيم المعروفة. وحتى يمكننا حساب التسارع الذي يعاني منه القمر بسبب القوة المؤثرة عليه.

على سبيل المثال، إذا كان قمر يدور حول كوكب بكتلة 100 كجم بمسار دائري بنصف قطر 1000 كم، يمكن حساب القوة التي تؤثر على القمر باستخدام قانون نيوتن الثاني. يكون التسارع الذي يعاني منه القمر بسبب الجاذبية الناتجة من الكوكب هو 0.033 m/s². وباستخدام المعادلة، يمكننا حساب القوة التي تؤثر على القمر، وتكون:

F = ma
F = (100 كجم) × (0.033 m/s²)
F = 3.3 N

وبالتالي، فإن القوة المؤثرة على القمر بسبب الجاذبية الناتجة عن الكوكب تساوي 3.3 نيوتن.