يدين الإنسان بالكثير من العلماء الذين قدموا إسهامات عظيمة في مختلف المجالات التي ساهمت في تقدم ورفعة البشرية، وتشمل هذه الإنجازات مجالات الكيمياء والفيزياء والرياضيات والأدب وغيرها من العلوم. ويعد إسحاق نيوتن واحدًا من أبرز هؤلاء العلماء، حيث اكتشف قوة الجاذبية الأرضية ووضع قوانين الحركة الثلاثة المعروفة باسم قوانين نيوتن للحركة، وسوف يتم توضيح قانون نيوتن الأول في هذا المقال.
قوانين الحركة لنيوتن:
- تتكون قوانين نيوتن الثلاثة للحركة من ثلاثة قوانين تم تطويرها ووضعها بمجهود كبير، وهي الأساس الذي بنيت عليه الفيزياء الحديثة والمعروفة بالميكانيكا الكلاسيكية. وعلى الرغم من محاولات العلماء العديدة لاختبارها قبل نيوتن، فإن الفضل يعود إليه على اختبارها وتجميعها. فهو من جعل قوانينها ترتبط بالقوى التي تؤثر على حركة الجسم، واستخدمها لتفسير العديد من الظواهر الطبيعية.
- في عام 1687، نشر نيوتن قوانين الحركة في كتابه الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية، حيث وصف كيف يتحرك الجسم الضخم تحت تأثير القوى الخارجية، واستند نيوتن في عمله إلى الأعمال السابقة لجاليلو جاليلي، والتي أظهرت تجاربه أن جميع الأجسام تتسارع بنفس المعدل بغض النظر عن كتلتها أو حجمها.
نص قانون نيوتن الأول:
- ينص قانون نيوتن الأول على أن الجسم يظل في حالة سكون إذا لم يتأثر بأي قوة تغيير حالته، وإذا تحرك فإنه يتحرك بحركة مستقيمة بسرعة ثابتة في نفس الاتجاه.
- يبقى الجسم الثابت ثابتًا ما لم يتأثر بقوة خارجية تسحبه أو تدفعه، ويظل الجسم الذي يتحرك في خط مستقيم يتحرك بهذا الاتجاه ما لم يتأثر بقوة خارجية تسحبه أو تدفعه.
تفسير قانون نيوتن الأول:
- يعني قانون نيوتن الأول أن الأجسام لا يمكنها أن تتحرك أو تتغير في اتجاهها أو تتوقف بشكل تلقائي، وتحتاج إلى قوة خارجية لتغيير حركتها. ويوضح هذا القانون مفهوم عدم القدرة على التحرك بشكل ذاتي، حيث يقول إذا كانت مجموع القوى الخارجية المؤثرة على الأجسام تساوي الصفر، فإن الجسم سيستمر في حركته بسرعة ثابتة. وإذا كانت السرعة تساوي الصفر، فإن الجسم سيظل ثابتًا. وعندما تؤثر القوة الخارجية، تتغير سرعة الجسم بناءً على القانون الثاني للحركة لنيوتن
مفاهيم قانون نيوتن الأول:
- تعد كتلة الجسم من الكميات الفيزيائية، وكلما زادت الكتلة، زاد قصور الجسم الذاتي، فتحريك صخرة كبيرة يتطلب قوة أكبر من تحريك صخرة صغيرة.
- القصور الذاتي هو حالة عدم قدرة الجسم على التغيير في حالته الحركية أو التحرك من تلقاء نفسه، ويجب وجود قوة خارجية لتحريك الجسم وتغيير وضعه الحركي.
- القوة هي العامل الذي يؤثر على حركة الأجسام، فتعمل إما على تحريك الجسم الثابت، أو إيقاف حركة الجسم المتحرك، أو تقليل سرعة الجسم المتحرك، أو زيادة سرعته، أو تغيير اتجاه حركته.
المعنى المجازي لقانون نيوتن الأول:
- يعبر عن خاصية القصور الذاتي للأجسام، وهي الخاصية التي تدفعها إلى الاستمرار في التحرك المنتظم، ويشعر الممانع بالميل أو المدافعة التي يتحرك بها الجسم، ولن يتوقف الجسم إلا إذا ضعفت تلك القوى التي تدفعه، سواء كان ذلك بسبب طبيعة الجسم أو تأثيرات خارجية، وعندما يتوقف الجسم عن الحركة يعود الانطباع إلى الخارج. ويعتبر هذا القانون الأول للحركة وفق قانون نيوتن.
- ينص قانون ليونت الأول على أن الجسم الثابت يظل ثابتًا ما لم يتأثر بقوة خارجية تغير حركته، وكذلك الجسم المتحرك يظل متحركًا بسرعة ثابتة وفي خط مستقيم ما لم يتأثر بقوة خارجية تغير حركته، ويُطلق على هذا القانون اسم “قانون الحفاظ على الحركة.
مثال على قانون نيوتن الأول:
- توجد أمثلة متعددة على قانون نيوتن الأول منها: يمكن وصف حركة الطائرة عند تغيير الطيار وضع دواسة الوقود باستخدام قانون نيوتن الأول.
- وصف سقوط الكرة في الهواء، أو إطلاق الصاروخ في الغلاف الجوي، وتأثير التغيرات الجوية على حركة الطائرة الورقية.
- من أمثلة كذلك قانون نيوتن الأول للحركة: تتأثر الكرة في لعبة الغولف بالقوة الخارجية التي تؤثر عليها عندما تكون في وضع ساكن في مركز الانطلاق، وذلك بسبب اهتزاز عصا الجولف التي يتحكم بها اللاعب والتي تحدث تأرجحًا في الكرة، مما يؤثر على توازنها ويجعلها تتحرك.
- إذا وصفنا حركة سيارة تتجه إلى الشرق على طريق سريع بسرعة ثابتة تبلغ 104 كيلومتر في الساعة، فإذا قام السائق بإزالة قدمه من دواسة البنزين، ستستمر السيارة في الحركة بنفس السرعة طالما أن القوة الخارجية المؤثرة عليها متوازنة. ومع ذلك، ستبدأ السيارة في التباطؤ وتخفيض سرعتها حتى تتوقف، بسبب القوة الخارجية للاحتكاك التي تؤثر عليها، والتي تعني القوة التي تؤثر في اتجاه معاكس للحركة عندما يتلامس جسمان ما. وإذا لم تتأثر السيارة بأي قوى خارجية، فسوف تستمر في الحركة بنفس السرعة والاتجاه، وهذا مثال على القانون الأول لنيوتن.
