قانون نيوتن الثاني
حين تدفع محصلة قوة جسمًا، يتسارع الجسم — يزيد سرعته أو ينقصها أو يغير اتجاهه. القوة الأكبر تعني التسارع الأكبر؛ والجسم الأكثر كتلة يعني التسارع الأصغر.
الصيغة
F = m · a
- F — القوة (N): محصلة الدفع أو الشد العاملة على الجسم
- m — الكتلة (kg): مقدار المادة في الجسم — مقاومته للتسارع
- a — التسارع (m/s²): ما أسرع تغير سرعة الجسم كل ثانية
مثال مشروح
عربة 2 kg على أرضية ملساء تُدفع بقوة ثابتة 8 N. بأي سرعة تتسارع؟
- m = 2 kg
- F = 8 N
- a = F / m
- a = 8 N / 2 kg
a = 4 m/s²
اختبر نفسك
الدفعة نفسها 8 N تعمل الآن على عربة أثقل 4 kg. ما تسارعها؟
- 4 m/s²
- الإجابة الصحيحة: 2 m/s²
- 32 m/s²
أحسنت! مضاعفة الكتلة تنصف التسارع: 8 N ÷ 4 kg = 2 m/s².
لإعطاء عربة 2 kg الأصلية ضعف التسارع (8 m/s²)، يجب أن تكون القوة…
- الإجابة الصحيحة: 16 N
- 4 N
- 8 N
بالضبط — التسارع يتناسب مع القوة: F = 2 kg × 8 m/s² = 16 N.
أين تراه
سلة التسوق سهلة الدفع حين تكون فارغة وصعبة الدفع حين تكون مليئة بالبقالة — نفس القوة، تسارع أقل، لأن الكتلة زادت. محرك السيارة يبدو ضعيفًا حين تجر مقطورة لنفس السبب: القوة المحصلة تبقى متشابهة، لكن الكتلة المدمجة أكبر بكثير.
الأخطاء الشائعة
مفهوم خاطئ شائع هو أن قوة مطلوبة لإبقاء شيء يتحرك بسرعة ثابتة — قوة مطلوبة فقط لتغيير السرعة، وجسم متحرك مع قوة محصلة صفر يستمر في التحرك بنفس السرعة إلى الأبد. آخر هو التعامل مع F = ma كـ "القوة تسبب السرعة" بدلًا من "القوة تسبب التسارع" — قوة كبيرة على كتلة كبيرة يمكنها أن تنتج تسارعًا صغيرًا جدًا.
كيف يرتبط
هذا يبني مباشرة على السقوط الحر والحركة المقذوفة، حيث كانت الجاذبية تسرع الأجسام بالفعل — قانون نيوتن الثاني يشرح هذا التسارع كـ F = ma، حيث F هو وزن الجسم. يقود إلى حفظ الزخم، وهو فعلًا قانون نيوتن الثاني والثالث مطبقين على جسمين يدفعان بعضهما البعض في آن واحد.