القوة (Force) هي وصف كمي للتفاعل الذي يسبب تغييرًا في حركة الجسم. قد يسرع الجسم أو يبطئ أو يغير اتجاهه استجابة لقوة ما.
بعبارة أخرى، القوة هي أي فعل يميل إلى الحفاظ على حركة الجسم أو تغييرها أو تشويهها. يتم دفع الأشياء أو سحبها بواسطة القوى المؤثرة عليها.
تُعرَّف قوة الاتصال بأنها القوة التي تمارس عندما يتلامس جسمان ماديان بشكل مباشر مع بعضهما البعض. يمكن للقوى الأخرى، مثل الجاذبية والقوى الكهرومغناطيسية، أن تمارس نفسها حتى عبر الفراغ الفارغ في الفضاء.
المصطلحات الأساسية.
- القوة: وصف للتفاعل الذي يسبب تغييرًا في حركة الكائن. يمكن أيضًا تمثيلها بالرمز F.
- نيوتن: وحدة القوة داخل نظام الوحدات الدولي (SI). يمكن أيضًا تمثيلها بالرمز N.
- قوى التلامس: القوى التي تحدث عندما تلمس الأشياء بعضها البعض. يمكن تصنيف قوى التلامس وفقًا لستة أنواع: الشد ، والنابضية ، والتفاعل العادي، والاحتكاك ، والاحتكاك الجوي ، والوزن.
- قوى عدم التلامس: القوى التي تحدث عندما لا يتلامس جسمان. يمكن تصنيف هذه القوى وفقًا لثلاثة أنواع: الجاذبية ، والكهربائية ، والمغناطيسية.
وحدات قياس القوة.
القوة هي ناقل. لها خصائص الاتجاه والحجم. وحدة SI للقوة هي النيوتن (N). نيوتن واحد من القوة يساوي 1 كجم * م / ث 2 .
تتناسب القوة مع التسارع، والذي يعرف بأنه معدل تغير السرعة. من حيث حساب التفاضل والتكامل، القوة هي مشتق الزخم بالنسبة للوقت.
إقرأ أيضاً… ما هي أشكال الطاقة؟ مع أمثلة عليها.
قوى التلامس وقوى عدم التلامس.
هناك نوعان من القوى في الكون: التلامس وعدم التلامس.
تحدث قوى التلامس، كما يوحي الاسم، عندما تلمس الأشياء بعضها البعض، مثل ركل الكرة: يلمس أحد الأشياء (قدمك) الجسم الآخر (الكرة). قوى عدم التلامس هي تلك التي لا تلمس فيها الأشياء بعضها البعض.
يمكن تصنيف قوى التلامس إلى ستة أنواع مختلفة:
- التوتر: مثل شد الخيط بإحكام
- الزنبركية: مثل القوة التي تمارس عند ضغط طرفي الزنبرك
- رد الفعل الطبيعي: حيث يقوم جسم ما برد فعل تجاه قوة تمارس عليه، مثل كرة ترتد على سطح أسود
- الاحتكاك: القوة التي تمارس عندما يتحرك جسم عبر آخر، مثل كرة تتدحرج فوق سطح أسود
- احتكاك الهواء: الاحتكاك الذي يحدث عندما يتحرك جسم، مثل الكرة، في الهواء
- الوزن: حيث يتم سحب الجسم نحو مركز الأرض بسبب الجاذبية
يمكن تصنيف قوى عدم التلامس إلى ثلاثة أنواع:
- الجاذبية: وهي ناتجة عن الجاذبية بين جسمين
- الكهرباء: وهي نتيجة الشحنات الكهربائية الموجودة في جسمين
- المغناطيسية: يحدث بسبب الخصائص المغناطيسية لجسمين، مثل القطبين المعاكسين لمغناطيسين ينجذبان إلى بعضهما البعض
القوة وقوانين نيوتن للحركة.
تم تعريف مفهوم القوة في الأصل من قبل إسحاق نيوتن في قوانينه الثلاثة للحركة. شرح الجاذبية كقوة جذب بين الأجسام التي تمتلك كتلة. ومع ذلك، فإن الجاذبية داخل النسبية العامة لأينشتاين لا تتطلب القوة.
- ينص قانون نيوتن الأول للحركة على أن “الجسم سيستمر في التحرك بسرعة ثابتة ما لم يتم التدخل به بواسطة قوة خارجية”. تظل الأجسام المتحركة في حالة حركة حتى تعمل القوة عليها. هذا هو القصور الذاتي. لن يسرعوا أو يبطئوا أو يغيروا الاتجاه حتى يعمل شيء ما عليهم. على سبيل المثال، إذا قمت بركل كرة قدم، فسوف تتوقف في النهاية بسبب الاحتكاك على الأرض.
- يقول قانون نيوتن الثاني للحركة أن “القوة تتناسب طرديًا مع التسارع (معدل تغير الزخم) لكتلة ثابتة. وفي الوقت نفسه، فإن التسارع يتناسب عكسيا مع الكتلة”. على سبيل المثال، عندما ترمي كرة على الأرض، فإنها تمارس قوة نزولية. الأرض، استجابة لذلك، تمارس قوة صاعدة تجعل الكرة ترتد. هذا القانون مفيد لقياس القوى. إذا كنت تعرف عاملين، يمكنك حساب العامل الثالث. أنت تعلم أيضًا أنه إذا كان الجسم يتسارع، فلا بد من وجود قوة تؤثر عليه.
- يتعلق قانون نيوتن الثالث للحركة بالتفاعلات بين جسمين. تقول أن لكل فعل رد فعل مساو له ومعاكس له. عندما يتم تطبيق قوة على جسم واحد، يكون لها نفس التأثير على الجسم الذي أنتج القوة ولكن في الاتجاه المعاكس. على سبيل المثال، إذا قفزت من قارب صغير في الماء، فإن القوة التي تستخدمها للقفز إلى الأمام في الماء ستدفع القارب للخلف أيضًا. تحدث قوى الفعل ورد الفعل في نفس الوقت.
إقرأ أيضاً… الفرق بين السرعة النهائية والسقوط الحر.
القوى الأساسية الأربعة.
هناك أربع قوى أساسية تحكم تفاعلات الأنظمة الفيزيائية. يواصل العلماء اتباع نظرية موحدة لهذه القوى:
1. قوة الجاذبية.
القوة التي تعمل بين الكُتل. تختبر جميع الجسيمات قوة الجاذبية. إذا رفعت كرة في الهواء، على سبيل المثال، فإن كتلة الأرض تسمح للكرة بالسقوط بسبب قوة الجاذبية.
أو إذا زحف طائر صغير من عشه، فإن الجاذبية من الأرض ستجذبه إلى الأرض. في حين تم اقتراح الجرافيتون باعتباره الجسيم الوسيط للجاذبية، إلا أنه لم يتم ملاحظته بعد.
2. القوة الكهرومغناطيسية.
القوة التي تعمل بين الشحنات الكهربائية. الجسيم الوسيط هو الفوتون. على سبيل المثال، يستخدم مكبر الصوت القوة الكهرومغناطيسية لنشر الصوت، ويستخدم نظام قفل باب البنك القوى الكهرومغناطيسية للمساعدة في إغلاق أبواب القبو بإحكام.
تستخدم دوائر الطاقة في الأدوات الطبية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي القوى الكهرومغناطيسية، كما تفعل أنظمة النقل السريع المغناطيسية في اليابان والصين، والتي تسمى “maglev” للرفع المغناطيسي.
3. القوة النووية القوية.
القوة التي تربط نواة الذرة معًا، بوساطة الغلوونات التي تعمل على الكواركات والكواركات المضادة والغلوونات نفسها.
(الغلوون هو جسيم رسول يربط الكواركات داخل البروتونات والنيوترونات. الكواركات هي جسيمات أساسية تتحد لتشكل البروتونات والنيوترونات ، في حين أن الكواركات المضادة مطابقة للكواركات في الكتلة ولكنها معاكسة في الخصائص الكهربائية والمغناطيسية).
4. الطاقة النووية الضعيفة.
القوة التي يتم التوسط فيها من خلال تبادل بوزونات W و Z والتي تظهر في اضمحلال بيتا للنيوترونات في النواة. (البوزون هو نوع من الجسيمات يخضع لقواعد إحصائيات بوز-آينشتاين).
في درجات الحرارة العالية جدًا، لا يمكن التمييز بين القوة الضعيفة والقوة الكهرومغناطيسية.