قوانين نيوتن

قوانين نيوتن
Posted on 30 July, 2011

تلعب قوانين نيوتن دورا كبيرا وهاما في حياتنا اليومية. فعن طريقها تمكنا من صنع الالات والطائرات والصواريخ. وتمكنا من السفر عبر الفضاء. وساعدتنا هذه النظرية على فهم عالمنا اللذي نعيش فيه. و قد اعتبر الفيلسفوف الالماني الشهير كانت ان قوانين نيوتن هي المثل الاعلى لاي نظرية علمية وهي النموذج الامثل اللذي ينبغي لكل عالم قدير ان يضعه نصب عينيه عندما يبحث عن الحقيقة او يحاول وضع نظرية علمية جديدة. فما هي هذه القوانين اذن؟ وماهو فحواها؟
القانون الاول ينص على ان: كل جسم يبقي على حالته من حيث السكون او الحركة بسرعة منتظمة في خط مستقيم مالم تؤثر عليه قوة خارجية تغير من حالته.

في الواقع ان جاليليو كان قد قال نفس هذا الكلام تماما. فعندما كان يجري تجاربه على الكرات المتدحرجة فوق اسطح مائلة لاحظ ان الكرات تكتسب تسارع فوق الجزء المائل الى اسفل حتى تصل الى مستوى افقي فتحافظ على سرعتها ثابتة حتى تبدأ الكرات في الصعود مرة اخري على مطلع ما. السؤال اللذي طرحه جاليليو على نفسه: ماذا لو استمر هذا السطح الافقي الى مالانهاية؟ وكانت اجابته: اذن لاستمرت الكرة في الحركة في خط مستقيم بسرعة منتظمة الى مالا نهاية. هذا بالطبع اذا تجاوزنا عن الاحتكاك ومقاومة الهواء. وهنا فطن جاليليو ان كوننا اللذي نعيش فيه يماثل هذا الجزء المستوي من تجربته. وفطن ان الوضع الطبيعي للأشياء الا تغير من حالتها. وسابقا كان الاغريق و الاقدمون يتسائلون عن سبب الحركة وكانها شئ غير طبيعي والسكون هو الاساس. فاستمرار حركة الاجسام لابد ان يكون ورائه سبب. فالكواكب تتحرك لان الملائكة تحملها. والسهم يطير بعد ان ترك وتر القوس لان العناية الالهية تحمله. ولكن جاليليو قلب الاية وعكس السؤال. وقال ان الطبيعي الا تغير الاشياء من حالها. فاذا حدث وتوقف جسم متحرك عن الحركة فهذا هو الشئ الغير طبيعي ويجب البحث عن سبب حدوث هذا الطارئ.

الملاحظ انني طوال الفترة الماضية استخدم اسم جاليليو وليس نيوتن. فهل انتحل نيوتن مجهود جاليليو ونسبه لنفسه؟ لا ليس تماما. صحيح ان منطوق القانون الاول قال به جاليليو تماما. ولكن مع ذلك يبقى فارق مهم. الا وهو ان جاليليو ككل الاقدمين من قبله كان يعتقد ان قوانينه خاصة بالارض فقط اما الاجرام السماوية  فلها قوانينها المختلفة و لا يجوز ان نطبق عليها قوانين الارض. اما نيوتن فهو اول فيزيائي  في التاريخ يتجرأ ويقول ان قوانينه كونية. فهي تنطبق على الاوضاع فى الارض كما انها تنطبق على ابعد نقطة في كوننا هذا.

القانون الثاني: ان القوة المؤثرة على جسم تتناسب مع معدل التغير في كمية احركته. او

F = m x a

حيث F القوة و m الكتلة و a هي العجلة او التسارع. لاحظ ان مفهوم العجلة هو ايضا راجع لجاليليو. لذلك كان نيوتن يقول انه محظوظ لان اعماله تقف على اكتاف الافذاذ من قبله مثل جاليليو وكبلر.

لكن ماذا يعني هذا القانون؟ يعني انه اذا اثرت قوة على جسم ما فانها تكسبه تسارع. واذا اثرت عليه قوة اكبر فانها تكسبه تسارع اكبر. وفي نفس الوقت اذا اثرت قوتان متساويتان على جسمين مختلفين في الكتلة. فان تسارع الجسم الاكبر يكون اقل. ومقاومته للتغيير تكون اكبر.

اما القانون الثالث فينص على : ان لكل فعل رد فغل مساوي له في القوة ومضاد له في الاتجاه وعلى خط عمل واحد. وهذا القانون مشهور لانه انتقل الي ميادين اخري كالسياسة والاجتماع . واصبحت المقولة لكل فعل رد فعل تستخدم في مواقف كثيرة ومتعددة و في ميادين الحياة المختلفة. وقد توصل نيوتن لهذا المبدأ عن طريق التجربة. فقد لاحظ نيوتن جذب  قطعة مغناطيس لقطعة من الحديد. وقال نيوتن كما ان المغناطيس يجذب  الحديد فلابد ان يجذب الحديد المغناطيس ايضا. والا اذا افترضنا مثلا ان قطعة المغناطيس تجذب قطعة الحديد بقوة اكبر او ان قوة جذب الحديد صفر لوجب في النهاية ان تتبقى قوة صافية تعمل على تحريك المجموعة المتكونة من قطعتي المغناطيس والحديد الملتصقتين في اتجاه هذه القوة الصافية. ونفس الحال اذا كانت قطعة الحديد تجذب قطعة المغناطيس بقوة اكبر او كانت قوة جذب المغناطيس صفر. وحيث ان قطعتي الحديد والمغناطيس لا تتحركان فمعنى ذلك . ان قوة جذب المغناطيس للحديد تقابلها قوة مكافئة من الحديد تجذب المغناطيس. وهاتان القوتان متساويتان في المقدار ولكنهما متضاداتان في الاتجاه. ولهذا تكون المحصلة النهائية صفر