تعريف القصور الذاتي وتطبيقاته

الكاتب: المدير -
تعريف القصور الذاتي وتطبيقاته
"محتويات
قانون القصور الذاتي
أنواع القصور الذاتي
القصور الذاتي من الراحة
القصور الذاتي في الحركة
القصور الذاتي في الاتجاه
أمثلة على القصور الذاتي للراحة
أمثلة على القصور الذاتي من الحركة
أمثلة على القصور الذاتي في الاتجاه
تطبيقات القصور الذاتي
تطبيقات القصور الذاتي في الفضاء

القصور الذاتي بالانجليزي Inertia، وأفضل تفسير يمكن أن يعبر عن هذا المصطلح هو قانون نيوتن الأول للحركة، حيث ينص هذا القانون على أم” الجسم الساكن يبقى ساكنًا، والجسم المتحرك يبقى متحركًا حتى تؤثر عليه قوة خارجية”.

ويتم تعريف القصور الذاتي في الفيزياء بأنه” مقاومة الجسم المتحرك للسكون، ومقاومة الجسم الساكن للحركة”.

قانون القصور الذاتي

عند الحديث عن قوانين الحركة، فإن قانون القصور الذاتي هو أحد أهم هذه القوانين بجانب ، فالقصور الذاتي يعبر عن مقاومة التغير في الحركة، ومن أمثلة ذلل: ” إذا قمت بدحرجة كرة فسوف تستمر تلك الكرة في الحركة، مالم تؤثر عليها قوى الاحتكاك أو أي شيء أخر يوقفها بالقوة”، وأيضًا يمكنك أن تفكر في كيفية استمرار جسمك بالتحرك أثناء ركوب السيارة، وعند الضغط على الفرامل فجأة فإنك تظل في وضع الحركة لفترة لذلك يندفع جسمك للأمام قبل أن يعود لموضعه الأصلي بعد أن أثرت عليه قوة خارجية وهي قوة المكابح.

وقد عبر عن نيوتن عن القصور الذاتي رياضيًا بقانون الأول الذي ينص على  أنه إذا كانت جميع القوى التي تؤثر على جسم ما متزنة، فإن مجموع القوى المؤثرة على أي جسم =0.

 f = 0?،   حيث f تمثل القوى المؤثرة على الجسم حيث القوة قيمة متجهة.

ولأننا لا نعيش في عالم مثالي فلا يمكن أن يتحرك جسم ما إلى مالا نهاية بدون أن تؤثر عليه قوى خارجية، وأبسط مثال على القوى الخارجية هي قوة الاحتكاك والتي توجد حولنا في كل مكان، حتى في الهواء.

ووفقًا أيضًا ل قوانين نيوتن، فإن تأثير القوة على الجسم تختلف بتأثير كتلته، فكلما زادت الكتلة زادت القوة المطلوبة للتأثير عليه.

ولذلك ، فإن القوة (F) المطلوبة لتغيير حالة حركة الجسم هي ناتج كتلة الجسم (m) والتسارع الناتج عن القوة (a):

f=m *a

لفهم كيفية ارتباط الكتلة بالقصور الذاتي ، ضع في اعتبارك أن هناك قوة ثابتة Fc  تؤثر على جسمين مختلفين، الجسم الأول كتلته m1 والجسم الثاني كتلته m2.

عند العمل على الجسم m1 ، تنتج القوة Fc تسارعًا مقداره a1:

(Fc = m1a1)

عند العمل على m2 ، فإنه ينتج تسارع a2:

(Fc = m2a2 )

وبما أن مقدار القوة Fc ثابت ولا يتغير في الحالتين ، فإن ما يلي صحيح: m1a1 = m2a2.

إذن m1/m2=a2/a1

إذا كان m1 أكبر من m2 ، فأنت تعلم أن a2 سيكون أكبر من a1 لجعل كلا الطرفين متساويين ، والعكس صحيح.

بعبارة أخرى ، كتلة الجسم هي مقياس لميله لمقاومة القوة والاستمرار في نفس حالة الحركة، على الرغم من أن الكتلة والقصور الذاتي لا يعنيان نفس الشيء تمامًا ، إلا أن القصور الذاتي يقاس عادةً بوحدات الكتلة.

في نظام SI ، تكون وحدة القصور الذاتي هي الجرامات والكيلوجرام .

لاحظ أن مقياس القوة عند نيوتن يختلف عن معادلة برنولي التي يعبر عن القوة بدلالة المساحة والضغط.

ومن المصطلحات التي ترتبط بالقصور الذاتي، القوة الجاذبة المركزية وهي تشير لقيمة افتراضية، على سبيل المثال عند ربط كرة في حبل معلق بعمود، ودفع الكرة بقوة فإنها ستسير في اتجاه دوراني، ووفقًا لقانون نيوتن فإن الكرة يجب أن تسير في خط مستقيم، لكن بفعل القوة الطاردة المركزية، فإنها ستتخذ مسارًا دائريًا.

أنواع القصور الذاتي

هناك ثلاثة أنواع مختلفة من القصور الذاتي، وتشمل:

القصور الذاتي من الراحة

وفيه يبقى الشيء في مكانه، وسيبقى كذلك حتى نحركه أو يؤثر عليه شيء آخر يحركه.

القصور الذاتي في الحركة

يستمر الجسم في التحرك بسرعة حتى يؤثر عليه قوة خارجية(مثال على ذلك اندفاع الجسم للأمام عند توقف السيارة).

القصور الذاتي في الاتجاه

يظل الجسم يتحرك في اتجاه معين مالم تؤثر عليه قوة تغير اتجاهه، مثال على ذلك حركة الجسم على جانب واحد عند انعطاف السيارة عن الطريق بشكل حاد.

أمثلة على القصور الذاتي للراحة

إذا قمت بسحب مفرش المائدة بسرعة والأطباق موضوعة عليه، فسوف تظل الأطباق في مكانها طالما أن الاحتكاك الناتج عن حركة المفرش صغيرًا جدًا.

إذا اصطدمت سيارة متحركة بسيارة أخرى متوقفة من الخلف، فسوف يتعرض ركاب السيارة المتوقفة للإصابة نتيجة تحرك أجسامهم للأمام بينما تظل رؤؤسهم في الخلف، لأن الرأس يعاني من القصور الذاتي.

إذا كنت تضع لاصقة طبية على وجهك، وأردت إزالتها فمن الأفضل أن تسحب اللاصق بسرعة، لأن القصور الذاتي سوف يجعل بشرتك في حالة سكون لفترة، وسيكون إزالة اللاصق أسهل.

أمثلة على القصور الذاتي من الحركة
يجد الرجال في الفضاء صعوبة أكبر في التوقف عن الحركة بسبب قلة الجاذبية التي تعمل ضدهم.
عند لعب كرة القدم ، إذا سقط اللاعب ضربت رأسه بالأرض، فبعدالاصطدام سوف تتوقف جمجمته عن الحركة ، لكن دماغه سوف يواصل الحركة ويضرب داخل جمجمته، ويظل المخ في حالة حركة لفترة بينما تبدو رأسه من الخارج ثابتة.
إذا قاد المرء سيارة مباشرة وارتطم بجدار من الطوب ، ستتوقف السيارة بسبب القوة التي يمارسها الجدار عليها، ومع ذلك ، يحتاج السائق إلى قوة لمنع جسده من الحركة ، مثل حزام الأمان، وخلاف ذلك ، فإن القصور الذاتي سوف يتسبب في استمرار جسده في التحرك بالسرعة الأصلية حتى يتم التأثير على جسده ببعض القوة مثل قوة الاحتكاك مع السيارة.
عندما يتم رمي كرة بيسبول ، فإنها ستستمر في السير للأمام حتى يتم التصرف عليها بفعل الجاذبية، وكلما زادت قوة الرمية ، كلما كان من الصعب على الجاذبية التأثير عليها.
أمثلة على القصور الذاتي في الاتجاه
يؤدي الإيقاف المفاجئ لعربة مع وجود جسم في الأعلى إلى سقوط هذا الجسم من أعلى، ويتسبب القصور الذاتي في ذلك بجعل الجسم يريد الاستمرار في التحرك في نفس الاتجاه الذي كان عليه.
عندما تقلب القهوة أو الشاي وتتوقف ، تستمر الحركة الدائرية داخل الكوب بسبب القصور الذاتي.
إذا ألقيت صخرة بقوة للأمام، فإنها لن تعود أبدصا للوراء مالم تواجه قوة أخرى.
يتيح القصور الذاتي للمتزلجين على الجليد الانزلاق على الجليد في خط مستقيم واحد مالم يقوموا بحركات معينة لتغيير اتجاههم.
تطبيقات القصور الذاتي

لأن الهدف الأساسي من جميع الفيزياء هو فهم طبيعة حركة الأشياء حتى تلك الأشياء التي لا نستطيع رؤيتها بالعين المجردة، كان لابد للبشر من الاستفادة من فهم قوى القصور الذاتي في الحياة العامة وفروع العلم الأخرى.

ومن أهم التطبيقات الواقعية لقانون القصور الذاتي تصميم أجهزة السلامة للمركبات، بما فيها أحزمة الأمان التي توفر قوة خارجية تعمل على إيقاف حركة الجسم، في حالة وجود مؤثر أو تغيير مفاجئ في حركة السيارة.

تطبيقات القصور الذاتي في الفضاء

إن لقصور الجسم الذاتي استخدامات مثيرة للاهتمام في السفر إلى الفضاء، على سبيل المثال ، بمجرد أن يهرب المسبار من جاذبية الأرض ، فإنه سيستمر في مساره المحدد حتى يواجه مجالًا أو جسمًا جاذب أخر، ويمكن إرسال مسابر الفضاء لمسافات كبيرة دون الحاجة إلى أي وقود إضافي بخلاف الذي تحتاجه للهروب من جاذبية الأرض أو إحداث تغييرات ملاحية طفيفة أو الهبوط على جسم آخر.

المراجع
الوسوم
الفيزياء"
شارك المقالة:
2 مشاهدة
هل أعجبك المقال
0
0

مواضيع ذات محتوي مطابق

التصنيفات تصفح المواضيع دليل شركات العالم
youtubbe twitter linkden facebook