الرياضيات في دقيقة: قوانين نيوتن للحركة

في الآونة الأخيرة، قمنا باستكشاف الكثير في العالم الغامض من فيزياء الكم، اذن بالعودة الى “الأرض” نعتقد أننا سنعيد تذكيرك بالفيزياء الكلاسيكية القديمة الجيدة

قانون نيوتن الأول: جسم في حالة سكون سيبقى في حالة سكون مالم تؤثر عليه قوة خارجية غير متوازنة. جسم في حالة حركة سيبقى في حالة حركة مالم تؤثر عليه قوة خارجية غير متوازنة

يُدعى هذا أيضا قانون القصور الذاتي ولا يحتاج للكثير من الشرح. لا يوجد جسم ثابت يبدأ بالحركة من تلقاء نفسه من دون وجود قوة تم تطبيقها عليه. والسبب لما نلاحظه – من خلال تجاربنا اليومية- حول ميل الأجسام المتحركة الى التباطؤ مالم يتم دعمها بواسطة شئ ما، راجع الى عوامل كالاحتكاك ومقاومة الهواء

قانون نيوتن الثاني: تسارع $a$ جسم يتوازى ويتناسب مع القوة الصافية $F$ المؤثرة عليه. العلاقة الدقيقة هي $F=ma$ ، أين $m$ هي كتلة الجسم

في هذه المعادلة كل من $F$ و $a$ على حد سواء هي عبارة عن مُتجهات (أشعة) مع اتجاه ومقدار

قانون نيوتن الثالث: عندما يبذل جسمان اثنان قوة، كل منهما على الآخر، القوتان متساويتان في المقدار، لكن متعاكستين في الاتجاه. لكل فعل هناك رد فعل مُساوي له في المقدار ومُعاكس له في الاتجاه

ومنه، اذا قُمتَ بركل كرة بقدمك، فالكرة قد بذلت قوة مُساوية ومعاكسة على قدمك

قوانين الحركة الثلاثة، تم نشرها لأول مرة سنة 1687 في عمل نيوتن الشهير $Philosophiae Naturalis Principia Mathematica$ والذي تُرجم كالآتي الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية. قانون الجذب العام لنيوتن والتقنيات الرياضية التي تُدعى الآن حساب التفاضل والتكامل، نُشرت أيضا في كتاب الأصول الرياضية، جنبا الى جنب مع قوانين الحركة، الأمر الذي أعطى أول وصف شامل للعمليات الفيزيائية التي نلاحظها في حياتنا اليومية. تبين فيما بعد أن القوانين غير متماسكة عندما ننظر الى العالم وفق مستويات صغيرة جدا (أين تسيطر ميكانيكا الكم) أو في حالة الأجسام التي تتحرك بسرعة عالية جدا أو عندما تكون هناك حقول جاذبية قوية جدا. مع ذلك، قوانين نيوتن مازالت تعطينا تقريبا جيدا للفيزياء التي نلاحظها في حياتنا العادية