Table of Contents
تقريرنا الحالي هو عبارة عن شرح قانون نيوتن الثالث ، مع إعطاء عشرات الأمثلة من الحياة اليومية لفهم هذا القانون بشكل مبسط وسهل .
ولد إسحاق نيوتن عام 1642 في انكلترا، و هو عالم فيزياء و رياضيات. شكل نيوتن ثورة علمية في القرن السابع عشر في علم البصريات
حيث أدى اكتشافه في تكوين الضوء الأبيض إلى وضع الحجر الأساس للبصريات الفيزيائية الحديثة.
أدت قوانين الحركة الثلاث لنيوتن إلى صياغة قانون الجاذبية الكونية، و هو من اكتشف التفاضل و التكامل في الرياضيات، و كان مبدأه في الفلسفة الطبيعية من أهم أعماله في تاريخ العلم الحديث.
طور إسحاق نيوتن أفكاراً لجاليليو و ديكارت، و انغمس في أعمال أرسطو. تعتبر قوانين نيوتن الحجر الأساس الذي بنيت عليه الكثير من القواعد لتفسير الظواهر الفيزيائية التي نصادفها في حياتنا اليومية.
تصف قوانين نيوتن العلاقات بين الأجسام و القوى التي تؤثر عليها، و سنتحدث في هذا المقال عن القانون الثالث لنيوتن الذي يسمى بقانون الفعل و رد الفعل.
قانون نيوتن الثالث
ينص قانون نيوتن الثالث على أنه لكل فعل رد فعل يساويه بالمقدار و يعاكسه بالاتجاه.
أي أنه عندما يقوم جسم A بتطبيق قوة على جسم B باتجاه معين، يسمى هذا ب الفعل، يقوم الجسم B بتطبيق قوة على الجسم A بنفس المقدار و لكن باتجاه معاكس، و هذا يسمى ب رد الفعل.
أي أن القوى تحدث دائماً في أزواج، عندما يضغط جسم على آخر، فإن الجسم الآخر يندفع للاتجاه المعاكس و بنفس القوة.
مثال : عندما يقوم طائر بتحريك أجنحته ليتمكن من الطيران، تقوم أجنحة الطائر بدفع الهواء إلى الاسفل و هو الفعل، يقوم الهواء كرد فعل بدفع الطائر إلى الأعلى.
مقدار القوة المطبقة من الطائر على الهواء تساوي مقدار القوة التي يطبقها الهواء على الطائر و لكن في اتجاه معاكس.
مثال آخر : عندما تسير سيارة في الطريق فإن العجلات تدور و تتشبث بالطريق و تدفعه نحو الخلف، يقوم الطريق كرد فعل بدفع العجلات إلى الأمام.
حجم القوة المطبقة على الطريق يساوي حجم القوة المطبقة على عجلات السيارة، و لكن في اتجاهين متعاكسين، حيث أن اتجاه القوة على الطريق إلى الخلف و اتجاه القوة على العجلات إلى الأمام.
اقرأ أيضاً:
نص قانون نيوتن الثالث
إذا كان الجسم A يؤثر على الجسم B بقوة Fab فإن الجسم B يؤثر على الجسم A بقوة Fba ، تتساوى القوتان ب الشدة و تتعاكسان بالاتجاه. و بالتالي يعبر عن قانون نيوتن الثالث ب المعادلة التالية :
Fab = – Fba
تقاس القوة ب نيوتن.
تعود الإشارة السالبة إلى أن اتجاه القوة المؤثرة على الجسم A هو عكس اتجاه القوة المؤثرة على الجسم B. أي إذا كانت القوة Fab تتجه باتجاه اليمين، فإن القوة Fba تتجه باتجاه اليسار.
سؤال :
إذا كانت القوتان متساويتان بالمقدار و متعاكستان بالاتجاه، فلماذا لا تلغي إحداهما الأخرى؟
في الواقع أن هذه الظواهر موجودة و خير مثال على ذلك كتاب موضوع على طاولة، حيث أن الكتاب يقوم بتطبيق قوة على الطاولة باتجاه الاسفل،
و تقوم الطاولة برد فعل تجاه الكتاب و تدفعه إلى الأعلى، و بالتالي فإن الكتاب لا يكتسب تسارعاً و يبقى في مكانه لأن القوتان إحداهما قامت بإلغاء الأخرى.
مثال
الحصان و العربة : يقوم الحصان بجر العربة و دفعها إلى الأمام، تقوم العربة بسحب الحصان إلى الخلف كرد فعل، ولكن، لماذا لم تلغي إحدى القوى الثانية؟
السبب في ذلك أن الحصان يقوم بتطبيق قوة على الأرض و هي قوة خارجية، فتقوم الأرض برد فعل على حركة الحصان و تؤدي إلى تسريع العربة و دفعها إلى الأمام.
مثال آخر
حركة الصاروخ : يقوم محرك الصاروخ عند تشغيله بمحاولة دفعه إلى الأمام، يحرق المحرك الوقود الذي يدفعه إلى مؤخرة الصاروخ و هو الفعل،
فيكون رد الفعل هو دفع الصاروخ إلى الاتجاه المعاكس و انطلاق الصاروخ. ينطلق الصاروخ إلى الأمام لأن قوة الدفع أكبر من قوة المحرك التي تدفع الوقود إلى مؤخرة الصاروخ.
قد يهمك:
ما هي العوامل التي تؤثر على قانون نيوتن الثالث؟
بما ان قانون نيوتن الثالث هو قوة الفعل و قوة رد الفعل، و بما أن القوة تساوي :
F = M * A
أي القوة = الكتلة * التسارع.
اي تتحكم كل من كتلة الجسم و تسارعه بالقوة المطبقة و هي الفعل.
و بالتالي يتأثر رد الفعل بنفس العوامل، أي ب الكتلة و التسارع.
مثال
عندما نقوم برمي حجر في بركة من الماء : إذا كان الحجر صغيراً، سوف نلاحظ تطاير قطرات من الماء عند ارتطام الحجر بماء البركة،
يقوم الحجر بتطبيق قوة متجهة للأسفل على ماء البركة، يقوم الماء برد فعل معاكس و يطلق الماء إلى الأعلى.
عند رمي حجر كبير في نفس البركة نلاحظ تطاير مقدار أكبر من الماء، يعود ذلك إلى أن كتلة الحجر الكبير جعلته يطبق قوة أكبر على الماء
و بالتالي سوف يكون رد فعل الماء أكبر و سوف يتطاير قطرات ماء أكثر. و هنا يبرز دور الكتلة في قانون نيوتن الثالث.
أما بالنسبة إلى دور التسارع في هذا المثال، فإنه كلما زاد تسارع الحجر أمتلك قوة أكبر و هذا يجعل رد فعل الماء أكبر.
مثال آخر
الحارس في ملعب كرة القدم : عندما يقوم لاعب بضرب الكرة بقوة في المرمى، يحاول الحارس الإمساك بهذه الكرة، هنا يوجد احتمالان،
الأول إذا لم يمكن الحارس من الإمساك بالكرة فإن اللاعب سوف يسجل عدفاً، و الاحتمال الثاني هو أن يمسك الحارس بالكرة و عندها سوف تقذفه الكرة إلى الاتجاه المعاكس كرد فعل،
فنلاحظ أن الحارس عاد إلى الخلف و هو يمسك بالكرة، و يكون ارتداد الحارس أكبر كلما زاد تسارع الكرة و القوة المطبقة عليها من قبل اللاعب.
مثال آخر :
عندما تهب عاصفة و نرى الأشياء التي يخف وزنها تتطاير في الهواء مثل أكياس نايلون أو قطع من الكرتون، في هذه الحالة لا تستطيع الأشياء التي تمتلك كتلة قليلة أن تبذل قوة مساوية لقوة الرياح
و بالتالي تتطاير في اتجاه الرياح، أما الأجسام التي تمتلك كتلة أكبر مثل السيارات و الدراجات النارية، نجدها ثابتة في مكانها، مع الانتباه إلى أنه كلما ازدادت شدة الرياح و قوتها زاد تأثيرها،
لذلك نجد بعض الأشخاص تعيدهم الرياح إلى الخلف عند الوقوف أو المشي و نجد الأشخاص يحاولون مقاومة الهواء كرد فعل و محاولة الوقوف في المكان أو المشي إلى الأمام.
اقرأ أيضًا:
أمثلة على قانون نيوتن الثالث في حياتنا اليومية
1- المطرقة و المسمار : عندما يقوم النجار بدق مسمار، يحاول أن يبذل قوة على المطرقة لكي تدفع المسمار في الخشب و هذا هو الفعل، يقوم المسمار بدفع المطرقة إلى الوراء و هذا هو رد الفعل.
كلما حاول النجار إعطاء قوة أكبر للمطرقة، يتم طرق المسمار بسهولة أكبر مع ملاحظة أن يد النجار ترتد بقوة أكبر مع المطرقة و بالاتجاه المعاكس، أي كلما زاد مقدار الفعل، زاد رد الفعل.
2- عندما يتدافع شخصان : يظهر قانون نيوتن الثالث في هذه الحالة عندما يكون وزن الشخصين متقارب، حيث يقوم الشخص الأول بدفع الشخص الثاني و هذا هو الفعل،
يقوم الشخص الثاني بمقاومته و دفعه في الاتجاه المعاكس و هذا هو رد الفعل. عندما تتساوى القوتان سيكون هناك تكافؤ في التأثير بين الشخصين،
و لكن عدم تكافؤ القوى الذي يمكن أن يكون سببه اختلاف الوزن بين الشخصين، يمكن أن ينتج عنه أن يتغلب شخص على الآخر.
3- التجديف في قارب : عندما نحاول تحريك الماء إلى الخلف بالمجداف يمثل ذلك الفعل، يكون رد الفعل هو تحريك القارب إلى الأمام أي في الاتجاه المعاكس. و كلما بذلنا قوة أكبر في التجديف إلى الخلف اندفع القارب إلى الأمام بسهولة أكبر، و ذلك لأن القوتين متساويتين ب المقدار و متعاكستين بالاتجاه.
4- لعبة شد الحبل : عندما يتنازع شخصان متقابلان على شد الحبل نلاحظ أن الحبل يبقى ثابتاً إذا كانت القوتين المتقابلتين متساويتين، و ذلك لأنهما متساويتين ب المقدار و متعاكستين بالاتجاه.
عندما تتغلب إحدى القوى على الأخرى نلاحظ أن الحبل يذهب باتجاه القوة الأكبر و هذا يفسره قانون نيوتن الثاني.
5- دفع سيارة : يحاول شخص دفع سيارة إلى الأمام و هذا يمثل الفعل، تقوم السيارة برد فعل و محاولة دفع الشخص إلى الخلف.
إذا كانت القوتين متماثلتين بالشدة فإن السيارة و الشخص سوف يبقيان في وضع ثابت، و لكن عندما تكون قوة الدفع التي يطبقها الشخص على السيارة أكبر من مقاومة السيارة التي تسمى رد فعل،
عندها تتقدم السيارة إلى الأمام.
6- تشغيل طائرة : يقوم محرك الطائرة بدفع الطائرة إلى الأمام و هذا يمثل الفعل، تقوم التوربينات على الجانب الآخر بدفع الطائرة إلى الخلف و هذا يمثل رد الفعل.
7- عندما نضغط على جدار : عندما يحاول شخص الضغط على جدار فإنه يطبق قوة تسمى الفعل، يقوم الجدار بدفع الشخص بالاتجاه المعاكس و هو رد الفعل، اي أن القوى تظهر في أزواج متقابلة.
8- القفز : عندما نقفز فإننا نبذل مقداراً من القوة تجاه الأرض، تقوم الأرض بدفعنا إلى الأعلى في الهواء كرد فعل.
و كلما طبقنا قوة أكبر زاد ارتفاعنا في الهواء.
9- إطلاق النار : عند الضغط على الزناد ينفجر البارود و تندفع القذيفة إلى الأمام و هو الفعل، تظهر قوة ارتداد السلاح و تحاول إعادة الشخص الذي يطلق النار إلى الخلف و هو رد الفعل.
10- الأرض و القمر : يوجد قوة تجاذب بين الأرض و القمر بنفس المقدار و لكن باتجاهين متعاكستين، جاذبية الأرض على القمر تبقي الأرض في مدارها و هذا هو الفعل، يكون رد الفعل ب ظاهرة المد و الجزر.
11- ارتداد كرة : عندما نقوم برمي كرة مرنة على حائط، يقوم الحائط برد هذه الكرة بالاتجاه المعاكس و هذا هو رد الفعل. مع ملاحظة أنه كلما زادت القوة المطبقة على الكرة زادت قوة الارتداد،
أي أن الطفل الصغير عندما يقذف الكرة باتجاه الحائط نلاحظ ارتدادها بشكل خفيف كرد فعل، أما عندما يقذفها رجل فإن الكرة ترتد بقوة و تقطع مسافة أكبر لأنها اكتسبت تسارعاً بقيمة أكبر.
12- تفريغ البالون : عندما نسمح للهواء الموجود في البالون بالخروج، نلاحظ أن البالون اندفع إلى الأمام كرد فعل.
13- ضرب طاولة : عندما نقوم بضرب سطح طاولة فإننا نطبق عليها مقداراً من القوة و هذا هو الفعل، تقوم الطاولة كرد فعل بدفع اليد بالاتجاه المعاكس أي إلى الأعلى.
14- تسلق السلالم : عند وضع القدم على درجة السلم يتم تطبيق قوة بمقدار معين تتجه إلى الاسفل، يقوم السلم برد فعل بالاتجاه المعاكس و يرفع الجسم إلى الأعلى.
15- الجلوس على الكرسي : يبذل الجسم قوة معينة تجاه الكرسي، تتجه هذه القوة إلى الاسفل، يقوم الكرسي برد فعل بالاتجاه المعاكس اي إلى الأعلى، و نتيجة تعادل القوتين يبقى الجسم ثابتاً على الكرسي.
يحدث في بعض الأحيان عندما يجلس شخص بوزن عالي يفوق 100 كغ أن يكسر الكرسي و ذلك لأن الكرسي لم يستطع ان يقوم برد فعل يعادل القوة التي طبقت عليه.
16- سحب شريط مطاطي : عندما نقوم بسحب شريط مرن من المطاط و نتركه فإنه يعود تلقائياً إلى وضعه الأصلي.
17- دفع صخرة : عندما يحاول شخص دفع صخرة فإنه يطبق عليها قوة بمقدار معين، تقوم الصخرة كرد فعل ب إبقاء الشخص في مكانه، أي تحافظ كل من الصخرة و الشخص على مكانهما.
18- المقلاع : عندما يسحب شخص مقلاعاً إلى الخلف فإنه يطبق عليه مقداراً من القوة، و عندما يحرر المقلاع يندفع إلى الأمام بنفس القوة التي تم تطبيقها عليه و لكن في الاتجاه المعاكس. و كلما أعاد الشخص المقلاع إلى الخلف كانت قوة الارتداد أكبر.
19- الاستراحة على شجرة أو حائط : عندما يحاول شخص ان يستريح على جذع شجرة أو حائط فإنه يطبق قوة و هي تمثل الفعل، يقوم الحائط أو الشجرة برد فعل في الاتجاه المعاكس.
و من الجدير بالذكر أن تفاوت حجم و وزن الأشخاص عند محاولة الاتكاء على الحائط ليس له أي تأثير، و ذلك يعود إلى أن الحائط يمتلك كتلة كبيرة
تمكنه من معاكسة القوة التي يطبقها عليه الشخص، نظراً لأن القوة تتناسب طرداً مع الكتلة.
20- المشي على السجادة : عندما يمشي شخص بسرعة على سجادة أو يركض فإنها تتحرك إلى الخلف أي في الاتجاه المعاكس و هو رد الفعل.
و هذا المثال يشبه جهاز المشي الرياضي، حيث يقوم اللاعب ب محاولة التقدم إلى الأمام و تكون ردة فعل الجهاز إعادته إلى الخلف،
و بما أن القوتين متساويتين بالمقدار ومتعاكستين بالاتجاه فإن اللاعب يبقى في مكانه.
21- شخص يحمل كيس في يده : يحتوي هذا الكيس على لوازم مدرسية مثلاً، يحاول الكيس الاتجاه إلى الاسفل بفعل الجاذبية الأرضية ،
و يحاول الشخص رفع الكيس إلى الأعلى حتى لا يسقط الكيس، تتساوى القوتان في الشدة و تتعاكسان في الاتجاه كفعل و رد فعل.
و كلما كان وزن الكيس أكبر كانت قوة الفعل أكبر و هنا يتوجب على الشخص بذل قوة أكبر لكي يتمكن من رفع الكيس إلى الأعلى.
22- نشر الغسيل : عندما نقوم بوضع الملابس على حبل الغسيل فإنها تطبق قوة على الحبل، تتجه هذه القوة إلى الاسفل و يتعلق مقدارها بوزن قطعة الملابس التي تم وضعها،
يقوم حبل الغسيل برد فعل على قطعة الملابس بالاتجاه المعاكس أي إلى الأعلى.
استنتاجات
تبين الأمثلة التي تم ذكرها في هذا المقال ان قوانين نيوتن الثلاث تكمل بعضها البعض و لا يمكننا أن نفصل قانوناً عن الآخر. تساعدنا هذه القوانين على فهم علاقات الأجسام التي تحيط بنا مع بعضها البعض،
لماذا بعضها ساكن، و لماذا بعضها يتحرك. كما تساعدنا على فهم تنازع القوى فيما بينها و تأثيرها على الأجسام. و هذا ينطبق أيضا على حركة الكواكب في الفضاء.
لمزيد من الشرح حول قانون نيوتن الثالث تابع هذا الفيديو:
ذات صلة:
المراجع :
