ينص القانون الأول لنيوتن في الحركة على أن الجسم يبقى ساكنًا أو يتحرك بسرعة ثابتة في ……………………….ويستمر كذلك إلى أن تؤثر فيه قوة محصلة.
المحتويات
قوانين نيوتن للحركة هي ثلاث عبارات تصف العلاقات بين القوى المؤثرة على الجسم وحركة الجسم، والتي صاغها أولاً عالم الفيزياء والرياضيات الإنجليزي إسحاق نيوتن وتشكل أساس الميكانيكا الكلاسيكية.
قانون نيوتن الأول: قانون القصور الذاتي
ينص قانون نيوتن الأول على أنه إذا كان الجسم في حالة ساكنة أو يتحرك بسرعة ثابتة في خط مستقيم، فإنه سيبقى في حالة ساكنة أو يستمر في التحرك في خط مستقيم بسرعة ثابتة ما لم تؤثر به قوة خارجية تجبره على تغيير ذلك. في الواقع، لا يوجد فرق هام بين السكون والحركة المحددة في خط مستقيم في ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية حيث يمكن اعتبارهما نفس حالة الحركة التي يراها مراقبون مختلفون أحدهما يتحرك بنفس سرعة الجسيم والآخر يتحرك بسرعة ثابتة بالنسبة للجسيم. تُعرف هذه الفرضية بقانون القصور الذاتي.
صاغ جاليليو جاليلي قانون القصور الذاتي لأول مرة للحركة الأفقية على الأرض، ثم عمّمه رينيه ديكارت لاحقًا.وعلى الرغم من أن مبدأ القصور الذاتي هو نقطة البداية والافتراض الأساسي للميكانيكا الكلاسيكية، إلا أنه أقل وضوحاً للعين غير المدربة. ففي ميكانيكا أرسطو وفي التجربة العادية، تميل الأشياء التي لا يتم دفعها إلى السكون، ومن هنا استنتج جاليليو قانون القصور الذاتي من تجاربه مع الكرات التي تتدحرج إلى أسفل الطائرات المائلة.
ينص القانون الأول لنيوتن في الحركة على أن الجسم يبقى ساكنًا أو يتحرك بسرعة ثابتة في ……………………….ويستمر كذلك إلى أن تؤثر فيه قوة محصلة.
كان مبدأ القصور الذاتي بالنسبة لجاليليو أساسيًا لمهمته العلمية المركزية، حيث كان عليه أن يشرح كيف يمكن للأرض أن تدور حقًا حول محورها وتدور حول الشمس بدون أن نشعر بهذه الحركة. يساعد مبدأ القصور الذاتي على تقديم الإجابة وهي: نظرًا لأننا نتحرك مع الأرض وتوجهنا الطبيعي هو الحفاظ على هذه الحركة، فإن الأرض تبدو لنا في حالة سكون. وهكذا، فإن مبدأ القصور الذاتي برغم كونه بيانًا لما هو واضح، كان ذات يوم قضية مركزية للخلاف العلمي.
بحلول الوقت الذي قام فيه نيوتن بفرز جميع التفاصيل، كان من الممكن حساب الانحرافات الصغيرة عن هذه الصورة بدقة بسبب حقيقة أن حركة سطح الأرض ليست حركة محددة في خط مستقيم. تُعزى الملاحظة الشائعة في الصيغة النيوتونية بأن الأجسام التي لا يتم دفعها تميل إلى السكون إلى حقيقة أن لديها قوى غير متوازنة تعمل عليها مثل الاحتكاك ومقاومة الهواء.
ينص القانون الأول لنيوتن في الحركة على أن الجسم يبقى ساكنًا أو يتحرك بسرعة ثابتة في ……………………….ويستمر كذلك إلى أن تؤثر فيه قوة محصلة.
الجسم الساكن يبقى ساكناً، والجسم المتحرّك يبقى متحركاً، مالم تؤثر عليه قوى ما.
ينص القانون الأول على أنه إذا كانت القوة المحصلة (المجموع الاتجاهي للقوى المؤثرة على الجسم) تساوي صفر، فإن سرعة الجسم تكون ثابتة. تعتبر السرعة كمية متجهه حيث يتم التعبير عنها مقداراً وهي سرعة الجسم واتجاهاً وهو اتجاه حركة الجسم. عندما نقول أن سرعة الجسم ثابتة فإننا نعني أن كلا من المقدار والاتجاه ثابتين.
توضيح لقانون نيوتن والإطار المرجعي بواسطة الفيزيائي والتر لوين.
يمكن التعبير عن القانون الأول رياضيا كما يلي:
وبناءاً على ذلك:
- الجسم الساكن سيظل ساكن ما لم تؤثر عليه قوى خارجية.
- الجسم المتحرك لا تتغير سرعته طالما لم تؤثر عليه قوة خارجية.
تسمى هذه الحالة الحركة المنتظمة. يظل الجسم على حالته ما لم تؤثر عليه قوة خارجية. إذا كان في حالة سكون سيظل في هذه الحالة. إذا كان الجسم متحرك فإنه سيستمر في حركته بدون تغير في اتجاهه أو سرعته. هذا يتضح في المسابر الفضائية التي تستمر في الحركة في الفضاء الخارجي. التغير في حركة الجسم يجب أن يفرض ضد قابلية الجسم للاحتفاظ بحالته من الحركة. في غياب القوة المحصلة، فإن الجسم ينوي للتحرك على طول مساره إلى أجل غير مسمى.
وضع نيوتن القانون الأول للحركة لكي يؤسس إطار مرجعي كي يتم تطبيق القوانين الأخرى. تفرض مفاهيم القانون الأول وجود إطار مرجعي واحد على الأقل يسمي إطار نيوتن والذي بدوره فإن أي جسم لا يتأثر بقوي خارجية يتحرك في خط مستقيم وبسرعة ثابتة. يتم الإشارة إلى القانون الأول لنيوتن بقانون القصور الذاتي. لا بد لكي يتحرك الجسم في حركة منتظمة بالنسبة إلى الإطار المرجعي لنيوتن هو أن تكون مجموع القوى المؤثرة عليه تساوي صفر. يمكن التعبير عن القانون الأول كما يلي:
تعتمد حركة أي جسم في الكون في إطار مرجعي Φ على تأثير القوى والتي تتلاشى محصلتها عندما تكون سرعة الجسم ثابتة في الإطار المرجعي Φ. بناءا عليه فإن الجسم الساكن أ، المتحرك يظل على حالته ما لم تؤثر عليه قوة تغير من حالته.
القانون الأول والثاني لنيوتن فقط يكونان متاحان في إطار مرجعي للقصور الذاتي. أي إطار مرجعي في حالة حركة بالنسبة إلى الإطار المرجعي الذاتي يكون أيضا إطار مرجعي ذاتي.