قانون نيوتن الثالث

نص قانون نيوتن الثالث

نص قانون نيوتن الثالث هو: (لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه)، وهذا يعني أنه عندما يؤثر جسم ما بقوة على جسم آخر، فإن الجسم الآخر يؤثر بقوة مساوية ومعاكسة على الجسم الأول. هذا القانون يشرح كيف تتوازن القوى في الطبيعة وكيف تتفاعل الأجسام مع بعضها البعض. بعض الأمثلة على هذا القانون هي:

• عندما تدفع عربة التسوق، فإن العربة تدفعك بالمقابل بنفس القوة ولكن في اتجاه معاكس.
• عندما تقفز من قارب صغير، فإنك تدفع القارب إلى الخلف، والقارب يدفعك إلى الأمام.
• عندما تطلق رصاصة من مسدس، فإن الرصاصة تتحرك إلى الأمام بقوة كبيرة، والمسدس يتحرك إلى الخلف بقوة أصغر.

الصيغة الرياضية لهذا القانون هي: FAB = - FBA ، حيث FAB هي قوة الجسم A على الجسم B ، و FBA هي قوة الجسم B على الجسم A ، والإشارة السالبة تدل على أن القوتين متعاكستان في الاتجاه. يجب أن تكون قوى الفعل ورد الفعل من نفس النوع (إما قوتان متصلتان أو قوتان ميدانيتان)، وتعمل على جسدين مختلفين، وتحدث في نفس الزمن.

الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثالث

الصيغة الرياضية لقانون نيوتن الثالث هي: FAB = - FBA ، حيث FAB هي قوة الجسم A على الجسم B ، و FBA هي قوة الجسم B على الجسم A ، والإشارة السالبة تدل على أن القوتين متعاكستان في الاتجاه. هذه الصيغة تعبر عن مبدأ المحافظة على الزخم الخطي، وهو أن مجموع الزخم لنظام من جسدين لا يتغير بسبب التفاعل بينهما. لإثبات هذه الصيغة، يمكن استخدام قانون نيوتن الثاني وقانون المحافظة على الزخم كالتالي:

• بموجب قانون نيوتن الثاني، فإن قوة الجسم A على B تساوي مقدار تغير زخم B في وحدة الزمن، أي: FAB = dpB/dt
• بالمثل، فإن قوة الجسم B على A تساوي مقدار تغير زخم A في وحدة الزمن، أي: FBA = dpA/dt
• بموجب قانون المحافظة على الزخم، فإن مجموع زخم A و B لا يتغير بسبب التفاعل بينهما، أي: pA + pB = ثابت
• إذا أخذنا مشتقة هذه المعادلة بالنسبة للزمن، نحصل على: dpA/dt + dpB/dt = 0
• باستبدال قيم dpA/dt و dpB/dt من المعادلات السابقة، نحصل على: FBA + FAB = 0
• وبترتيب المعادلة، نحصل على: FAB = - FBA

أمثلة على قانون نيوتن الثالث

• عندما يقفز رياضي من طرف مسبح، فإنه يدفع الطرف بقدميه بقوة معينة، والطرف يدفعه بقوة مساوية ومعاكسة، مما يجعله يتحرك إلى الأمام ويسقط في الماء.
• عندما يطلق صاروخ إلى الفضاء، فإنه يطرد الغازات من خلفه بقوة كبيرة، والغازات تدفع الصاروخ بقوة مساوية ومعاكسة، مما يجعله يتحرك إلى الأعلى ويتغلب على قوة الجاذبية.
• عندما يضرب لاعب كرة قدم الكرة برأسه، فإنه يؤثر على الكرة بقوة معينة، والكرة تؤثر عليه بقوة مساوية ومعاكسة، مما يجعل الكرة تتغير اتجاهها وسرعتها، واللاعب يشعر بألم في رأسه.

إذا كان رجل في مصعد، وقوة الشد على أرضية المصعد تساوي 800 نيوتن، فكم قوة الأرضية المؤثرة على الرجل؟ 

إذا كان رجل في مصعد، وقوة الشد على أرضية المصعد تساوي 800 نيوتن، فإن قوة الأرضية المؤثرة على الرجل تساوي 800 نيوتن أيضًا. هذا بناء على قانون نيوتن الثالث، الذي يقول أن لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. في هذه الحالة، فإن قوة الشد على أرضية المصعد هي الفعل، وقوة الأرضية على الرجل هي رد الفعل. وبما أن القوتين تعملان على جسدين مختلفين (المصعد والرجل)، فإنهما لا تلغيان بعضهما البعض، بل تؤثران على حركة كل جسم.

إذا كان الكتاب يبذل قوة على الكرسي لأسفل مقدارها 2 نيوتن ويبذل الكرسي قوة على الأرض مقدارها 5 نيوتن، فكم القوة التي تبذلها الأرض لأعلى على الكرسي؟

إذا كان الكتاب يبذل قوة على الكرسي لأسفل مقدارها 2 نيوتن ويبذل الكرسي قوة على الأرض مقدارها 5 نيوتن، فإن القوة التي تبذلها الأرض لأعلى على الكرسي تساوي 7 نيوتن. هذا بناء على قانون نيوتن الثالث، الذي يقول أن لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. في هذه الحالة، فإن قوة الكتاب على الكرسي هي الفعل، وقوة الكرسي على الأرض هي رد الفعل. وبما أن القوتين تعملان على جسدين مختلفين (الكتاب والكرسي)، فإنهما لا تلغيان بعضهما البعض، بل تؤثران على حركة كل جسم. وبما أن قوة الأرض على الكرسي هي رد فعل آخر، فإنها تساوي مجموع قوتي الفعل (الكتاب والكرسي)، وتعاكسهما في الاتجاه.

إذا كان رجل معلق بحبل وكتلته 75 (كغ) وتسارع الجاذبية = 9.8 (م/ث2)، ما هي قوة شد الحبل للأعلى؟

إذا كان رجل معلق بحبل وكتلته 75 (كغ) وتسارع الجاذبية = 9.8 (م/ث2)، فإن قوة شد الحبل للأعلى تساوي -735 نيوتن. هذا بناء على قانون نيوتن الثالث، الذي يقول أن لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. في هذه الحالة، فإن قوة الجاذبية على الرجل هي الفعل، وقوة شد الحبل على الرجل هي رد الفعل. وبما أن القوتين تعملان على جسم واحد (الرجل)، فإنهما تتوازنان، ولا تؤثران على حركة الرجل. وبما أن قوة الجاذبية تساوي حاصل ضرب كتلة الرجل في تسارع الجاذبية، فإنها تساوي 75 × 9.8 = 735 نيوتن. وبما أن قوة شد الحبل تساوي قوة الجاذبية في المقدار وتعاكسها في الاتجاه، فإنها تساوي -735 نيوتن. والإشارة السالبة تدل على أن قوة شد الحبل تعمل لأعلى.

يقفز أرنب على طاولة كتلته 4 (كغ) وكتلة الطاولة 25 (كغ)، ما مقدار القوة المؤثرة من الطاولة على الأرنب، علما بأن تسارع الجاذبية تقريبا يساوي 10 (م/ث2).

إذا كان أرنب يقفز على طاولة كتلته 4 (كغ) وكتلة الطاولة 25 (كغ)، فإن قوة الطاولة المؤثرة على الأرنب تساوي -40 نيوتن. هذا بناء على قانون نيوتن الثالث، الذي يقول أن لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه. في هذه الحالة، فإن قوة الأرنب على الطاولة هي الفعل، وقوة الطاولة على الأرنب هي رد الفعل. وبما أن القوتين تعملان على جسدين مختلفين (الأرنب والطاولة)، فإنهما لا تلغيان بعضهما البعض، بل تؤثران على حركة كل جسم. وبما أن قوة الأرنب على الطاولة تساوي حاصل ضرب كتلة الأرنب في تسارع الجاذبية، فإنها تساوي 4 × 10 = 40 نيوتن. وبما أن قوة الطاولة على الأرنب تساوي قوة الأرنب على الطاولة في المقدار وتعاكسها في الاتجاه، فإنها تساوي -40 نيوتن. والإشارة السالبة تدل على أن قوة الطاولة تعمل لأعلى.

ملخص المقال

• قانون نيوتن الثالث هو أحد قوانين نيوتن للحركة، وهو ينص على أن لكل فعل رد فعل مساو له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه.
• هذا القانون يشرح كيف تتوازن القوى في الطبيعة وكيف تتفاعل الأجسام مع بعضها البعض.
• الصيغة الرياضية لهذا القانون هي: FAB = - FBA ، حيث FAB هي قوة الجسم A على الجسم B ، و FBA هي قوة الجسم B على الجسم A ، والإشارة السالبة تدل على أن القوتين متعاكستان في الاتجاه.
• هذه الصيغة تعبر عن مبدأ المحافظة على الزخم الخطي، وهو أن مجموع الزخم لنظام من جسدين لا يتغير بسبب التفاعل بينهما.
• هناك أمثلة كثيرة على تطبيق هذا القانون في حياتنا، مثل دفع عربة التسوق، إطلاق صاروخ إلى الفضاء، ضرب كرة برأس، وغيرها.