ستجد في هذه المقالة بيان مبدأ القصور الذاتي في الفيزياء بالإضافة إلى صيغته الرياضية. بالإضافة إلى ذلك، ستتمكن من رؤية عدة أمثلة من الحياة اليومية لمبدأ القصور الذاتي.
ما هو مبدأ القصور الذاتي؟
مبدأ القصور الذاتي ، ويسمى أيضًا قانون نيوتن الأول، هو قاعدة في الفيزياء تنص على ما يلي:
يظل الجسم ساكنًا أو يتحرك بسرعة ثابتة إذا لم تؤثر عليه قوة خارجية. وبعبارة أخرى، يجب أن تؤثر قوة خارجية على الجسم لتغيير حالة حركته أو سكونه.
على سبيل المثال، الجسم الساكن على الأرض لن يتحرك حتى تؤثر عليه قوة.
لذلك، فإن مبدأ القصور الذاتي يعني أنه إذا تحرك جسم في حركة مستقيمة منتظمة (بسرعة خطية ثابتة)، فقد يكون ذلك لسببين: عدم وجود قوة خارجية تؤثر عليه، أو أن نتيجة القوة للنظام بأكمله تساوي صفرًا . .
إلى جانب مبدأ القصور الذاتي، صاغ الفيزيائي إسحاق نيوتن مبدأين آخرين يعتبران أساس الميكانيكا، المبدأ الأساسي للديناميكيات ومبدأ الفعل ورد الفعل.
في الفيزياء، يُطلق على مبدأ القصور الذاتي أيضًا اسم قانون القصور الذاتي، لذلك إذا سمعت هذا المصطلح، فهو يعني نفس الشيء تمامًا.
أمثلة على مبدأ القصور الذاتي
الآن بعد أن عرفت تعريف مبدأ القصور الذاتي، لديك في هذا القسم عدة أمثلة على هذا المبدأ لفهم معناه بشكل أفضل.
- مثال توضيحي لمبدأ القصور الذاتي هو طاولة ثابتة موضوعة على الأرض. إذا لم يدفع أحد الطاولة، فلن تتحرك وستبقى في نفس المكان. ولكن إذا تم تطبيق قوة كبيرة بما فيه الكفاية على الطاولة، فسوف تكتسب السرعة وبالتالي تغير حالة حركتها.
- مثال آخر على مبدأ القصور الذاتي هو مسبار فضائي يتحرك بسرعة ثابتة عبر الفضاء. بمجرد التغلب على تأثير جاذبية الكواكب، لم يعد هناك احتكاك أو أي نوع آخر من القوة في الفضاء. ولذلك، يتحرك المسبار الفضائي بسرعة ثابتة عبر الفضاء لأنه لا توجد قوة تؤثر عليه.
- السيارة التي تتحرك بسرعة ثابتة هي أيضًا مثال على مبدأ القصور الذاتي، حيث أنه لكي تتحرك بدون تسارع يجب أن تكون القوة الناتجة صفرًا. عندما تتحرك السيارة للأمام، تؤثر عليها قوة احتكاك عكسية للحركة، لذا لكي تتحرك بسرعة ثابتة، يجب أن يؤثر محرك السيارة بقوة بنفس المقدار والاتجاه ولكن في الاتجاه المعاكس. بهذه الطريقة تتعارض القوتان مع بعضهما البعض وتتحرك السيارة دائمًا بنفس السرعة.
صيغة مبدأ القصور الذاتي
رياضيًا، تنص صيغة مبدأ القصور الذاتي على أنه إذا كان مجموع القوى المؤثرة على جسم ما يساوي صفرًا، فإن تسارع الجسم المذكور يساوي صفرًا أيضًا. والعكس صحيح أيضًا، فإذا كان تسارع الجسم يساوي صفرًا، فإن مجموع القوى الخارجية يجب أن يكون بالضرورة صفرًا.
من ناحية أخرى، يمكن أيضًا صياغة مبدأ القصور الذاتي بواسطة الزخم (أو الزخم الخطي)، حيث أن مجموع القوى الخارجية سيكون صفرًا عندما يكون الزخم ثابتًا.
ضع في اعتبارك أن هذه التعبيرات تستخدم فقط للتعبير عن مبدأ القصور الذاتي جبريًا. المهم أن تفهم مفهوم قانون نيوتن الأول وأن مجموع القوى يجب أن يكون صفرًا حتى يتحقق.
أحد تطبيقات مبدأ القصور الذاتي هو حل المسائل الفيزيائية. في الواقع، تمارين الفيزياء تعتمد عادة على مبادئ نيوتن الثلاثة. يمكنك التدرب على حل التمارين على مبدأ القصور الذاتي هنا: