المحتوى
تنص قوانين السير إسحاق نيوتن الثلاثة ، التي تشكل أساس الميكانيكا الكلاسيكية ، على أن الجسم المريح أو في حالة حركة موحدة سيبقى على هذا النحو إلى أجل غير مسمى في غياب قوة خارجية. بمعنى آخر ، القوة هي التي تسبب تغييراً في السرعة أو التسارع. يتم تحديد مقدار التسارع الناتج عن كائن ما بواسطة قوة معينة من خلال كتلة الكائنات.
القوة والسرعة هي اتجاهي
عندما يتحدث الفيزيائيون عن سرعة الأجسام ، فإنهم لا يتحدثون عن سرعة الأجسام فحسب ، بل يتحدثون أيضًا عن الاتجاه الذي تتحرك فيه. وبالمثل ، تحتوي القوة على عنصر اتجاهي بالإضافة إلى عنصر كمي - القوة التي تعارض مباشرة سرعة الأجسام لها تأثير مختلف على الكائن من قوة تعمل في الزوايا اليمنى لحركتها. من الناحية الرياضية ، تعتبر القوة والسرعة والتسارع - وهو معدل تغير السرعة التي تنتجها القوة - كميات "متجهة" ، وهو المصطلح الذي يشير إلى مكون الاتجاه.
القوات التي تعمل على متن طائرة
أسهل طريقة لفهم كيفية تغيير القوة لسرعة الأجسام هي تخيل تلك القوة تعمل في نفس الاتجاه مثل السرعة. على سبيل المثال ، توفر المحركات النفاثة على متن طائرة قوة تعمل في اتجاه حركة الطائرات ، مما يمنحها تسارعًا إيجابيًا ويجعلها تعمل بشكل أسرع. الاحتكاك الجوي ، من ناحية أخرى ، يعارض مباشرة حركة الطائرات ويبطئها ؛ إذا توقفت المحركات عن العمل ، فسوف تسقط الطائرة من السماء. ولكن عندما توازن قوة المحرك والضغط التصاعدي لضغط الهواء على الأجنحة المصممة ديناميكيًا ، قوة الاحتكاك وقوى التباطؤ الأخرى ، بما في ذلك الجاذبية ، تسير الطائرة بسرعة ثابتة باتجاه وجهتها.
قوة الجاذبية
جاذبية الجاذبية التي تمارسها الشمس على الأرض هي مثال على قوة ذات مكون اتجاهي مهم. لأن قوة الجاذبية تعمل في الزوايا الصحيحة لحركة الأرض ، فهي لا تغير السرعة التي يسافر بها الكوكب ، لكنها تغير الاتجاه باستمرار. نتيجة لذلك ، تتحرك الأرض في مدار دائري تقريبًا. قد تكون سرعة الأرض ثابتة نسبيًا ، لكن سرعتها تتغير دائمًا نتيجة لقوة الجاذبية التي تجرها دائمًا نحو الشمس. نفس قوة الجاذبية تبقي الأقمار الصناعية في مدار حول الأرض.
مخططات الجسم الحر
العلاقة الرياضية بين القوة (F) التي تمارس على جسم ما وتسريعها (أ) هي F = m • a ، حيث "m" هي كتلة الجسم. وحدة القوة في النظام المتري هي نيوتن ، الذي سمي على اسم إسحاق نيوتن ، الفيزيائي الإنجليزي الذي صاغ العلاقة. في العالم الواقعي ، عادة ما يكون هناك العديد من القوى التي تعمل على الجسم ، ولكل منها عنصر اتجاهي. قد تكون هذه القوى ميكانيكية أو جاذبية أو كهربائية أو مغناطيسية بطبيعتها. للتنبؤ بحركة الكائن ، غالباً ما يكون من المفيد رسم رسم تخطيطي للجسم الحر ، وهو تمثيل رسومي لهذه القوى التي توضح حجم واتجاه كل منها.