قوة الفيزياء

Learning Goal: I’m working on a physics test / quiz prep and need a reference to help me learn.

�ي ال�يزياء ، القوة هي التأثير الذي يتسبب �ي تغيير سرعة جسم ذي كتلة (على سبيل المثال ، التحرك من حالة السكون) ، أي التسريع. يمكن أن يكون د�عًا أو سحبًا ، دائمًا بالحجم والاتجاه ، مما يجعلها كمية متجهة. يقاس بوحدة SI للنيوتن (N) ويمثله الرمز F (سابقًا P).

ينص الشكل الأصلي لقانون نيوتن الثاني على أن القوة الكلية المؤثرة على جسم ما تساوي المعدل الذي يتغير �يه زخمه مع مرور الوقت. إذا كانت كتلة الجسم ثابتة ، �إن هذا القانون يعني أن تسارع الجسم يتناسب طرديا مع القوة الكلية المؤثرة على الجسم ، �ي اتجاه صا�ي القوة ، ويتناسب عكسيا مع كتلة الجسم.

تشمل الم�اهيم المتعلقة بالقوة ما يلي: الد�ع ، الذي يزيد من سرعة الجسم ؛ السحب ، مما يقلل من سرعة الجسم ؛ وعزم الدوران ، والذي ينتج عنه تغيرات �ي سرعة دوران الجسم. �ي الجسم الممتد ، يطبق كل جزء عادة قوى على الأجزاء المجاورة ؛ توزيع هذه القوى عبر الجسم هو الضغط الميكانيكي الداخلي. مثل هذه الضغوط الميكانيكية الداخلية لا تسبب أي تسارع لذلك الجسم حيث أن القوى توازن بعضها البعض. الضغط ، وهو توزيع العديد من القوى الصغيرة المطبقة على منطقة من الجسم ، هو نوع بسيط من الضغط الذي إذا كان غير متوازن يمكن أن يتسبب �ي تسارع الجسم. عادة ما يتسبب الإجهاد �ي تشوه المواد الصلبة ، أو تد�ق السوائل.

تطوير الم�هوم

استخدم ال�لاس�ة �ي العصور القديمة م�هوم القوة �ي دراسة الأشياء الثابتة والمتحركة والآلات البسيطة ، لكن الم�كرين مثل أرسطو وأرخميدس احت�ظوا بأخطاء جوهرية �ي �هم القوة. كان هذا جزئيًا بسبب ال�هم غير الكامل لقوة الاحتكاك غير الواضحة �ي بعض الأحيان ، وبالتالي وجهة نظر غير ملائمة لطبيعة الحركة الطبيعية. كان الخطأ الأساسي هو الاعتقاد بأن القوة مطلوبة للح�اظ على الحركة ، حتى بسرعة ثابتة. تم تصحيح معظم سوء ال�هم السابق حول الحركة والقوة من قبل جاليليو جاليلي والسير إسحاق نيوتن. من خلال بصيرته الرياضية ، صاغ السير إسحاق نيوتن قوانين الحركة التي لم يتم تحسينها منذ ما يقرب من ثلاثمائة عام. بحلول أوائل القرن العشرين ، طور أينشتاين نظرية النسبية التي تنبأت بشكل صحيح بعمل القوى على الأجسام ذات العزم المتزايد بالقرب من سرعة الضوء ، وقدمت أيضًا نظرة ثاقبة للقوى الناتجة عن الجاذبية والقصور الذاتي.

مع الرؤى الحديثة �ي ميكانيكا الكم والتكنولوجيا التي يمكنها تسريع الجسيمات القريبة من سرعة الضوء ، ابتكرت �يزياء الجسيمات نموذجًا قياسيًا لوص� القوى بين الجسيمات الأصغر من الذرات. يتنبأ النموذج القياسي بأن الجسيمات المتبادلة المسماة بوزونات القياس هي الوسيلة الأساسية التي يتم بواسطتها انبعاث القوى وامتصاصها. لا ي�عر� سوى أربعة ت�اعلات رئيسية: بترتيب تناقص القوة ، �هي: قوية ، وكهرومغناطيسية ، وضعي�ة ، وجاذبية. أن القوى الضعي�ة والكهرومغناطيسية هي تعبيرات عن ت�اعل كهرومغناطيسي أكثر جوهرية.

م�اهيم ما قبل نيوتن

أنظر أيضا: ال�يزياء الأرسطية ونظرية الزخم

وصÙ� أرسطو الشهير القوة بأنها أي شيء يتسبب Ù�ÙŠ خضوع الجسم لـ “حركة غير طبيعية”

منذ العصور القديمة ، تم الاعترا� بم�هوم القوة باعتباره جزءًا لا يتجزأ من عمل كل آلة بسيطة. سمحت الميزة الميكانيكية التي تو�رها آلة بسيطة باستخدام قوة أقل �ي مقابل تلك القوة التي تعمل على مسا�ة أكبر لن�س القدر من العمل. توج تحليل خصائص القوى �ي نهاية المطا� بعمل أرخميدس الذي اشتهر بشكل خاص بصياغة علاج لقوى الط�و المتأصلة �ي السوائل.

م�اهيم ما قبل نيوتن

أنظر أيضا: ال�يزياء الأرسطية ونظرية الزخم

وصÙ� أرسطو الشهير القوة بأنها أي شيء يتسبب Ù�ÙŠ خضوع الجسم لـ “حركة غير طبيعية”

منذ العصور القديمة ، تم الاعترا� بم�هوم القوة باعتباره جزءًا لا يتجزأ من عمل كل آلة بسيطة. سمحت الميزة الميكانيكية التي تو�رها آلة بسيطة باستخدام قوة أقل �ي مقابل تلك القوة التي تعمل على مسا�ة أكبر لن�س القدر من العمل. توج تحليل خصائص القوى �ي نهاية المطا� بعمل أرخميدس الذي اشتهر بشكل خاص بصياغة علاج لقوى الط�و المتأصلة �ي السوائل.

قدم أرسطو مناقشة Ù�لسÙ�ية لمÙ�هوم القوة كجزء لا يتجزأ من علم الكون الأرسطي. من وجهة نظر أرسطو ØŒ احتوت الكرة الأرضية على أربعة عناصر تستقر Ù�ÙŠ “أماكن طبيعية” مختلÙ�Ø© Ù�يها. اعتقد أرسطو أن الأجسام الثابتة على الأرض ØŒ والتي تتكون Ù�ÙŠ الغالب من عنصري الأرض والماء ØŒ ستكون Ù�ÙŠ مكانها الطبيعي على الأرض وأنها ستبقى على هذا النحو إذا تÙ�ركت بمÙ�ردها. ميز بين الميل الÙ�طري للأشياء للعثور على “مكانها الطبيعي” (على سبيل المثال ØŒ سقوط الأجسام الثقيلة) ØŒ مما أدى إلى “حركة طبيعية” ØŒ والحركة غير الطبيعية أو القسرية ØŒ والتي تتطلب تطبيقًا مستمرًا للقوة. [6] هذه النظرية ØŒ المستندة إلى التجربة اليومية لكيÙ�ية تحرك الأشياء ØŒ مثل التطبيق المستمر للقوة اللازمة للحÙ�اظ على حركة العربة ØŒ واجهت مشكلة Ù…Ù�اهيمية Ù�ÙŠ حساب سلوك المقذوÙ�ات ØŒ مثل تحليق الأسهم. كان المكان الذي يحرك Ù�يه رامي السهام المقذوÙ� Ù�ÙŠ بداية الرحلة ØŒ وبينما كانت القذيÙ�Ø© تبحر Ù�ÙŠ الهواء ØŒ لا يوجد سبب Ù�عال يمكن تمييزه. كان أرسطو مدركًا لهذه المشكلة واقترح أن الهواء المزاح عبر مسار القذيÙ�Ø© ينقل المقذوÙ�Ø© إلى هدÙ�ها. يتطلب هذا التÙ�سير استمرارية مثل الهواء لتغيير المكان بشكل عام.

بدأت ال�يزياء الأرسطية �ي مواجهة النقد �ي علوم العصور الوسطى ، أولًا من قبل جون �يلوبونوس �ي القرن السادس.

لم يتم تصحيح أوجه القصور �ي ال�يزياء الأرسطية بالكامل حتى عمل جاليليو جاليلي �ي القرن السابع عشر ، الذي تأثر ب�كرة أواخر العصور الوسطى بأن الأشياء �ي الحركة القسرية تحمل قوة دا�عة �طرية. أنشأ جاليليو تجربة تم �يها دحرجة الحجارة وقذائ� المد�عية على منحدر لدحض نظرية الحركة الأرسطية. أظهر أن الجثث قد تسارعت بواسطة الجاذبية إلى حد كان مستقلاً عن كتلتها وجادل بأن الأجسام تحت�ظ بسرعتها ما لم يتم التصر� بها بقوة ، على سبيل المثال الاحتكاك.

Ù�ÙŠ أوائل القرن السابع عشر ØŒ قبل كتاب مبادئ نيوتن ØŒ تم تطبيق مصطلح “القوة” (باللاتينية: vis) على العديد من الظواهر الÙ�يزيائية وغير الÙ�يزيائية ØŒ على سبيل المثال ØŒ لتسريع نقطة ما. تم تسمية ناتج الكتلة النقطية ومربع سرعتها بـ viva (القوة الحية) بواسطة Leibniz. يتواÙ�Ù‚ المÙ�هوم الحديث للقوة مع موتريكس نيوتن تجاه (القوة المتسارعة).

على سبيل المثال ، أثناء الس�ر �ي مركبة متحركة بسرعة ثابتة ، لا تتغير قوانين ال�يزياء نتيجة لحركتها. إذا قام شخص يركب داخل السيارة بإلقاء كرة بشكل مستقيم ، �سو� يلاحظ ذلك الشخص أنها ترت�ع عموديًا وتهبط عموديًا ولن تضطر إلى استخدام قوة �ي الاتجاه الذي تتحرك �يه السيارة. شخص آخر ، يراقب مرور السيارة المتحركة ، سيلاحظ أن الكرة تتبع مسارًا منحنيًا مكا�ئًا �ي ن�س اتجاه حركة السيارة. إن القصور الذاتي للكرة المرتبط بسرعتها الثابتة �ي اتجاه حركة السيارة هو الذي يضمن استمرار الكرة �ي التحرك للأمام حتى أثناء رميها لأعلى وسقوطها مرة أخرى. من منظور الشخص �ي السيارة ، �إن السيارة وكل شيء بداخلها �ي حالة راحة: إنه العالم الخارجي الذي يتحرك بسرعة ثابتة �ي الاتجاه المعاكس للمركبة. نظرًا لعدم وجود تجربة يمكن أن تميز ما إذا كانت السيارة �ي حالة راحة أو العالم الخارجي �ي حالة راحة ، �إن الحالتين لا يمكن تمييزهما جسديًا. لذلك �إن القصور الذاتي ينطبق بشكل جيد على حركة السرعة الثابتة كما هو الحال بالنسبة للراحة.