استخدامات الحركة الدورانية في الحياة اليومية
تُعَدُّ الحركة الدُّورَانِيَّةُ واحدةً من التطبيقات العَمَلِيَّةِ الواقِعِيَّةِ لقوانين نيوتن في الحركة، إذ تَتَألَّفُ من ثلاثةِ قوانين فيزيائيَّةٍ تأسست عليها عِلْمُ حَرَكَةِ الأجْسَامِ، حيث استخدم العالمُ إسحاق نيوتن هذه القوانين، التي جَمَعَهَا لأوَّلِ مَرَّةٍ، لتَفْسِيرِ العديدِ من الظَّوَاهِرِ الفيزيائيَّةِ في الحياةِ اليومِيَّةِ، التي تَرْتَبِطُ بِحَرَكَةِ الجسمِ وَقُوَّتِهِ وَسُرْعَتِهِ.
يمكن استخدام قانون نيوتن الأول لشرح ظاهرة اصطدام السيارة، حيث إذا كانت السيارة تسير بشكل مستقيم فإنها ستظل على هذا النحو حتى تصطدم بعائق، وفي هذه الحالة ستتغير سرعتها واتجاهها. أما إذا كانت السيارة تتحرك بسرعة عالية وتفاجئ بشيء ما، فسيؤدي ذلك إلى حركة كل ما فيها، بما في ذلك الأشخاص والأشياء. وفي السطور التالية، سنتعرف على استخدامات الحركة الدورانية في الحياة اليومية.
استخدامات الحركة الدورانية في الحياة اليومية
يوجد العديد من الأمثلة على الحركة الدورانية للأجسام التي نشاهدها في حياتنا اليومية، مثل حركة المروحة التي تتميز بالحركة الدورانية حول مركزها والحركة الدائرية التي تتميز بحركة أذرعها. تعنى الحركة بتغيير موقع الجسم واتجاهه خلال فترة زمنية محددة، ويمكن عرض قوانين نيوتن للحركة وأنواع الحركات الرئيسية.
قوانين نيوتن في الحركة
تُعتبر قوانين نيوتن للحركة ثورة كبيرة في مجال الفيزياء منذ أكثر من ثلاثة قرون، حيث تركز هذه القوانين على حركة الجسم وتفاعله وسرعته والزمن. ومازالت هذه القوانين مستخدمة بشكل أكبر وأعمق في الحياة اليومية:
القانون الأوّل
- ينص هذا القانون على أن الجسم الساكن يبقى ساكنًا ما لم تؤثر فيه قوى خارجية، وأن الجسم لا يتحرك أو يتوقف أو يتغير اتجاهًا إلا إذا تأثر بقوة خارجية تسببت في تغيير حالته.
القانون الثّاني
- ينص القانون على أن القوة المؤثرة في الجسم تساوي كتلة الجسم مضروبة بتسارعه، ويعبر عن هذا القانون بالعلاقة: القوة = الكتلة × التسارع، حيث تعد القوة والتسارع كميتين متجهتين، ويمكن أن تكون القوة منفردة أو مجموعة قوى.
- عند تعرض الجسم لقوة ثابتة، يتسارع بمعدل ثابت، وعند تعرض جسم ثابت لقوة خارجية، يتسارع باتجاه القوة نفسها أو مجموع القوى المؤثرة. وفي حالة كان الجسم متحركًا، تغير القوة سرعته ويمكن أن تغير اتجاه حركته اعتمادًا على اتجاه القوة والجسم.
القانون الثالث
- ينص قانون نيوتن الثالث على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه، وهذا القانون يشير إلى تفاعل جسمين عند تأثير أحدهما على الآخر بقوة، فعند دفع جسم لآخر بقوة معينة، فإن الجسم المندفع سيدفع الجسم الآخر بمقدار القوة نفسها لحظة الدفع، وإذا كان الجسم المؤثر أكبر بشكل هائل من الجسم الآخر، فإن الجسم الأكبر لن يتأثر بقوة رد فعل الجسم الآخر، أو يمكن إهمال تأثيره.
أنواع الحركة
- يتضمن علم الميكانيكا الحديث العديد من الحركات المعقدة، بما في ذلك الحركة الانتقالية والدورانية والتذبذبية، وسوف نوضح تفاصيلها بالتفصيل فيما يلي:
الحركة الانتقالية
- تشير الحركة الخطية إلى الحركة التي تتم في خط مستقيم وفي اتجاه واحد وبمسافة واحدة، وذلك لأن الجسم يحرك نفسه بهذه الطريقة.
الحركة الدورانية
- يُعرف الفرع الذي يتمحور حول محور الجسم باسم الديناميكيّة الانتقاليّة التي تهتم بحركة الجسم وتستخدم المعادلات والقوانين لتفسير الحركة.
- تؤثر العديد من القوى على حركة الأجسام، بما في ذلك الجاذبية الأرضية والاحتكاك، وتستخدم مبادئ قوانين الحركة الانتقالية لتوضيح مسألة حرارة المادة عن طريق تحديد الجزيئات المكونة لها.
- تشير عبارة “عزم القوة” إلى دوران الجسم حول محوره أو مركزه، ويتأثر هذا الحركة بكمية القوة المطلوبة لإنتاجها، والتي يتم تعبير عنها بالصيغة الرياضية: العزم = القوة × المسافة × الاتجاه
- فالمسافة: المسافة بين المركز الذي يدور حوله الجسم والنقطة التي تتعرض للقوة تسمى الذراع، أما الزاوية فهي الزاوية بين القوة والذراع، وعندما تدور الأجسام حول محورها، تكتسب طاقة حركية بفعل اتزان القوى.
الحركة التَّذبذبيّة
- تنشأ هذه الحركة من تغير الحركة بشكل متكرر مع مرور الوقت، والمقصود بها تكرار الحركة نفسها عدة مرات خلال فترة زمنية محددة
- تشكل حركة البندول مثالًا على هذه الحركة، حيث يتحرك البندول يسارًا ويمينًا ثم يعود إلى نفس الحركة حول نقطة الاتزان في وسط البندول، والتي تعيد تكرار نفس الحركة مرات عديدة.
