▷ قانون نيوتن الثالث (مبدأ الفعل ورد الفعل)

يشرح هذا المقال ماهية قانون نيوتن الثالث، المعروف أيضًا بمبدأ الفعل ورد الفعل، وما يقوله. ستتمكن من رؤية أمثلة على قانون نيوتن الثالث بالإضافة إلى صيغته الرياضية. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك التدرب على حل تمارين قانون نيوتن الثالث خطوة بخطوة.

ما هو قانون نيوتن الثالث؟

في الفيزياء، نص قانون نيوتن الثالث ، والذي يسمى أيضًا مبدأ الفعل ورد الفعل، على ما يلي:

إذا أثر جسم بقوة على جسم آخر، فإنه سيؤثر على الجسم الأول بقوة لها نفس المقدار والاتجاه ولكن في الاتجاه المعاكس.

بمعنى آخر، إذا أثر الجسم A بقوة أفقية مقدارها 10 N إلى اليمين على الجسم B، فإن الجسم B سيؤثر بقوة أفقية مقدارها 10 N إلى اليسار على الجسم A.

ولذلك، فإن القوى بين جسمين أو نظامين تكون دائمًا متساوية ولكن في اتجاهين متعاكسين.

ومن الناحية المنطقية فإن مبدأ الفعل ورد الفعل يسمى قانون نيوتن الثالث تكريما لعالم الفيزياء إسحاق نيوتن الذي أول من صاغ هذا القانون. في المجمل، هناك ثلاثة قوانين نيوتن:

قانون نيوتن الأول أو مبدأ القصور الذاتي.
قانون نيوتن الثاني أو المبدأ الأساسي للديناميكيات.
قانون نيوتن الثالث أو مبدأ الفعل ورد الفعل.

يمكنك التحقق من كل قانون من قوانين نيوتن على موقعنا الإلكتروني، ingenierizado.com.

صيغة قانون نيوتن الثالث

ينص قانون نيوتن الثالث (أو مبدأ الفعل ورد الفعل) على أنه إذا مارس جسم قوة على جسم آخر، فإن الجسم الأول يتلقى قوة يطبقها الجسم الثاني بنفس المقدار ولكن في الاتجاه المعاكس. وبالتالي يمكن التعبير عن قانون نيوتن الثالث بالصيغة التالية :

ذهب

$F_{12}$

هي القوة التي يؤثر بها الجسم 1 تجاه الجسم 2. و

$F_{12}$

هي القوة التي يؤثر بها الجسم 2 على الجسم 1.

لذا، لكي تتحقق معادلة قانون نيوتن الثالث، يجب أن يكون للقوتين نفس المعامل ولكن يجب أن تكون إشارتهما متعاكسة، أو بمعنى آخر، يجب أن تكون القوتان متعاكستين.

القوة الأولى المنتجة تسمى أيضًا قوة العمل . وبالمثل، فإن القوة الناتجة عن رد الفعل على القوة الأولى المؤثرة تسمى قوة رد الفعل .

أمثلة على قانون نيوتن الثالث

الآن بعد أن عرفنا تعريف قانون نيوتن الثالث، دعونا نلقي نظرة على العديد من الأمثلة الواقعية لفهم المفهوم بشكل كامل.

من الأمثلة النموذجية لقانون نيوتن الثالث هو الشخص الذي يؤثر بقوة على الحائط. عندما تؤثر قوة على الحائط، فإنها تؤثر بقوة أخرى بنفس المقدار على الشخص. لذلك، لن يتمكن الشخص من تحريك الجدار ولكنه سيلاحظ أنه يتم دفعه للخلف بسبب قوة رد الفعل التي يمارسها الجدار عليه.
مثال آخر على مبدأ الفعل ورد الفعل هو القوة العمودية. تمارس الأرض قوة جاذبية تدفعنا نحو مركز الكوكب، حيث أن القوة العمودية هي قوة رد الفعل التي تؤثر بها الأرض على الإنسان وتواجه هذه القوة. لذا بفضل القوة العمودية يمكننا البقاء على سطح الأرض.
وأخيرًا، عندما نقفز، فإننا في الواقع نؤثر بقوة على الأرض، ثم تتفاعل الأرض وتؤثر علينا بقوة بنفس المقدار، مما يدفعنا إلى الأعلى. لذا، كلما زادت القوة التي نؤثرها على الأرض، زادت القوة التي تؤثر بها الأرض علينا، وبالتالي كلما زاد قفزنا.

لاحظ أن قانون نيوتن الثالث لا يعني أن القوتين تتعارضان وبالتالي تلغي إحداهما الأخرى. بل إن قوة الفعل تؤثر على جسم، وقوة رد الفعل تؤثر على جسم آخر.

علاوة على ذلك، على الرغم من أن قوة الفعل وقوة رد الفعل لهما نفس المقدار، إلا أنهما ليس لهما نفس التأثير لأنهما يؤثران على أجسام مختلفة. باتباع المثال الأول الموضح أعلاه، عندما يمارس شخص قوة على الحائط، فمن الواضح أنه لا يحركه، ولكن قوة رد الفعل التي يؤثر بها الجدار على الشخص تحركه.

حل تمارين قانون نيوتن الثالث

التمرين 1

إذا أثرت قوة رأسية لأسفل مقدارها 15 N على جسم كتلته 4 كجم، فما القوة التي يجب أن تؤثر بها الأرض حتى يكون الجسم في حالة اتزان؟

انظر الحل

سيكون الجسم في حالة توازن إذا لم يتحرك، ولكي يحدث ذلك، يجب أن تؤثر الأرض بقوة تعاكس قوة وزن الجسم بالإضافة إلى القوة المطبقة.

لذلك نقوم أولاً بحساب وزن الجسم:

$P=m\cdot g=4\cdot 9,81=39,24 \ N$

وبالتالي فإن مجموع القوتين اللتين تدفعان الجسم إلى الأسفل هو:

$F=15+39,24=54,24\ N$

في الختام، يجب أن تؤثر الأرض بقوة رأسية لأعلى مقدارها 54.24 N على الجسم حتى يكون في حالة توازن.

تمرين 2

جسم كتلته 0.3 كجم معلق بخيط، وكذلك جسم آخر كتلته 0.1 كجم معلق من الجسم السابق بخيط آخر، كما هو موضح في الصورة التالية. إذا أثرت قوة مقدارها 6 N لأعلى، فما عجلة النظام بأكمله؟ وما هو شد السلك الثاني؟

انظر الحل

في هذه الحالة، علينا استخدام قانون نيوتن الثاني وقانون نيوتن الثالث لحل المشكلة.

أولاً، سنحسب قوة الوزن المؤثرة على كل جسم:

$P=m\cdot g$

$P_1=m_1\cdot g=0,3\cdot 9,81=2,94\N$

$P_2=m_2\cdot g=0,1\cdot 9,81=0,98\N$

نطبق الآن معادلة قانون نيوتن الثاني على النظام بأكمله:

$\displaystyle \sum F=m\cdot a$

$6-P_1-P_2=m\cdot a$

نستبدل البيانات ونمسح التسارع لنجد قيمته:

$6-2.94-0.98=(0.3+0.1)\cdot a$

$2,08=0,4\cdot a$

$a=\cfrac{2.08}{0.4}=5.2\ \cfrac{m}{s^2}$

ومن ناحية أخرى، فإن القوة التي يؤثر بها الجسم 1 على الجسم 2 ستكون معاكسة للقوة التي يؤثر بها الجسم 2 على الجسم 1. علاوة على ذلك، بما أننا نعرف تسارع الجسم 2 ووزنه، فإننا نعيد صياغة قوى المعادلة ولكن هذه المرة فقط على الجسم 2:

$\displaystyle \sum F=m\cdot a$

$T-P_2=m_2\cdot a$

$T-0,98=0,1\cdot 5,2$

$T=0,52+0,98$

$T=1,5\N$

باختصار، عجلة النظام هي 5.2 م/ث ² وشد الخيط الثاني هو 1.5 نيوتن.