تعهد القوة في الفيزياء على أنها مؤثر يؤثر على الأجسام فيسبب تغييرا في حالة الجسم أواتجاهه أوموضعه أوحركته. فمثلا عندما نصدم كرة فهي تتحرك، وعندما نصدم كرة متحركة فهي تنحرف عن مسارها. القوة هي نسبة تغير الزخم (كمية الحركة) بالنسبة للزمن.

القوة هي كمية متجهة (لها مقدار واتجاه)، وتسبب في تعجيل الجسم بمقدار معين. عهد القوة أولا ارخميدس في القرن الثالث قبل الميلاد، ولكن إسحاق نيوتن فهم بمبادئ القوة الرياضية في القرن 17. تقاس القوى بوحدة تسمى "نيوتن".

حسب قانون نيوتن الثاني، لفهم القوة تستخدم المعادلة التالية:

القوة = الكتلة × التسارع

إذا كانت لدينا كتلة (بالكيلوجرام) تؤثر عليها قوة ناتجة من جاذبية الأرض لها. وفهما بأن عجلة الجاذبية الأرضية (9.8 متر/ثانية²)، فيمكن حساب قوة التجاذب بينها والأرض:

قوة التجاذب = وزن الجسم = 9.8 × الكتلة:وتكون وحدته كيلوجرام. متر /ثانية² أو(نيوتن)

قوة التجاذب على الأرض هي أيضا ما نسميه الوزن.

في الفيزياء نفرق بين الكتلة والوزن. الكتلة تقاس بالكيلوجرام، أما الوزن فنقيسه [كيلوجرام.متر /ثانية²]. ولكننا مجازا نستخدم في حياتنا اليومية تعبير [كيلوجرام] عن الوزن، وهذا خطأ، فالوزن وحدته كيلوجرام.متر/ثانية²، أما الكتلة فهي لا تتغير، وتقاس بالكيلوجرام.

• فمثلا: كرة من الحديد كتلتهاستة كيلوجرام فنقول عادة حتى وزنها على الأرضستة كيلوجرام.

فإذا وزنا الكرة على القمر فهي تزن 1/6 من وزنها على الأرض، ذلك لأن جاذبية القمر تبلغ نحو1/6 من جاذبية الأرض. أما الكتلة فهي متساوية على الأرض أوالقمر. ويتغير وزن جسم بحسب الكوكب الذي هوعليه: أرض، قمر، مريخ.، بحسب قوة جاذبية الكوكب. أما الكتلة فهي ثابتة لا تتغير.

وحدة القوة هي النيوتن = 1 كيلوجرام.متر /ثانية²

(2) القوة هي أيضا نسبة تغير الزخم (كمية التحرك) بالنسبة للزمن:

${\displaystyle {\vec {F ={\mathrm {d {\vec {p \over \mathrm {d t =m{\vec {a$

حيث: F = القوة، p = الزخم (كمية التحرك)، t = الزمن، m = الكتلة، a = التسارع.

وزخم حركة جسم (كمية تحركه) = كتلة الجسم x سرعته

مفهوم القوة قبل نيوتن

في القدم كان مفهوم القوة مرتبطا بعمل الآلات البسيطة. فمن المزايا الميكانيكية للآلات البسيطة أنها تسمح بآداء نفس العمل باستخدام قوة أقل. وقد قام أرخميدس بتحليل خصائص هذه القوى واشتهر بصياغة ما يخص قوى الطفوفي السوائل.

قدم أرسطومناقشة فلسفية لمفهوم القوة. فمن وجهة نظره حتى العالم الطبيعي يحتوي أربعة عناصر ويوجد لكل عنصر حالة طبيعية. وقد أعتقد بأن الحالة الطبيعة للعناصر ذات الكتلة هي حتى تكون عديمة الحركة وعلى الأرض، وأنها تميل لهذه الحالة إذا هجرت وشأنها. وقد فرق أرسطوبين الميل الداخلي للعناصر لإيجاد مكانها الطبيعي (مثلا سقوط الأجسام الثقيلة)، وهوما يؤدي إلى الحركة الطبيعية، وما بين الحركة الغير طبيعية والتي تسلتزم تطبيق مستمر للقوة.

الميكانيكا النيوتونية

سعى إسحاق نيوتن إلى تحقيق قانون يصف حركة جميع الأجسام استنادا إلى عطالته (القصورالذاتى) والقوى المؤثرة عليه.وقام بذلك بتطبيق قوانين الانحفاظ. وفي سنة 1687 أصدر كتابه كتاب الأصول الرياضية للفلسفة الطبيعية The Principia Mathematical Principles of Natural Philosophy، وقد ضم هذا الكتاب قوانين الحركة الثلاث، والتي ما زالت إلى اليوم تستخدم لوصف القوى المؤثرة في الفيزياء.

قانون نيوتن الأول

ينص القانون الأول على حتى الجسم الساكن يبقى ساكنا ما لم تؤثر عليه قوة تحركه، وكذلك الجسم المتحرك بسرعة ثابتة يستمر في حركته بسرعة ثابتة مالم تؤثر عليه قوة خارجية. ويأتي هذا القانون كامتداد لرؤية غاليليوغاليلي.

قانون نيوتن الثاني

ينص على حتى جسم ذوكتلة m تحت تأثير قوة F يكتسب تسارع a وفقا للقانون التالي:

${\displaystyle {\vec {F =m{\vec {a$

حيث: F = القوة، m = الكتلة، a = التسارع.

القوة ${\displaystyle \stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{F}}$

مثال على تطبيق هذا القانون نجده في رقاص (رياضيات) أوحركة توافقية بسيطة.

قانون نيوتن الثالث

ينص على حتى أي قوة تؤثر على جسم ما فإن الجسم يؤثر بقوة أخرى مساوية في المقدار للقوة الأولى ومعاكسة لها في الاتجاه.

تراكيب القوى

تحليل القوة الجاذبية ${\displaystyle {\vec {G$ إلى مركبتين ${\displaystyle {\vec {F_{1$ والقوة ${\displaystyle {\vec {F_{2$ متعامدتين.

ينص مبدأ تراكب القوى على أن: إذا عملت عدة قوى ${\displaystyle {\vec {F_{1 ,{\vec {F_{2 ,\ldots ,{\vec {F_{n$ على جسم في نفس الاتجاه، فإن القوة الناتجة(المحصلة) تساوي مجموع القوى:

${\displaystyle {\vec {F_{result ={\vec {F_{1 +{\vec {F_{2 +\ldots +{\vec {F_{n$.

أيقد يكون تأثير القوة ${\displaystyle {\vec {F_{res$ مساويا لمجموع القوي ${\displaystyle {\vec {F_{1 ,{\vec {F_{2 ,\ldots ,{\vec {F_{n$.

• وإذا كانت قوتان متساويتان (${\displaystyle {\vec {F_{1$ و${\displaystyle {\vec {F_{2$)

ومتضادتان تعملان على نقطة معينة، تكون محصلتهما مساوية للصفر. عندئذ نقول القوتان متوازنتان. F_2</math>.

وإذا عملت قوتان مختلفتان ${\displaystyle F_{1$ و ${\displaystyle F_2}$

${\displaystyle F=|F_{1 -F_{2 |$

وإذا عملت قوتان مختلفتي الاتجاه على نقطة نحصل على قيمة واتجاه محصلتهما عن طريق رسم متوازي أضلاع القوى لهما. نرسم القوة ${\displaystyle {\vec {F_{1$ والقوة ${\displaystyle {\vec {F_{2$ بمقياس رسم ثابت بحيث يعبر طول السهم الأول عن القوة الأولى واتجاهها. ومن نقطة تأثيرهما نرسم سهما ثانيا مساويا في الطول لقيمة القوة ${\displaystyle {\vec {F_{2$ مع أخذ الزاوية بينهما في الاعتبار. ثم نرسم موازيا من طرف السهم الأول موازيا للقوة الثانية، ونرسم من طرف القوة الثانية موازيا للقوة الأولى. بذلك نحصل على متوازي أضلاع القوي، وفيه يمثل المحور الواصل بين نقطة تأثير القوتين والنقطة اللقاءة لها على متوازي أضلاع القوي هو محصلة القوة . طول المحور هومقدار المحصلة (بحسب مقياس الرسم) واتجاه المحور يعطينا اتجاه المحصلة.

وإذا عملت ثلاثة قوى في نقطة فيمكن تعيين محصلتهم بسهولة: نرسم متوازي أضلاع القوي لأي اثنين من القوى أولا ونحصل على محصلتهما. ثم نرسم المحصلة التي حصلنا عليها للقوتين الأولتين مع سهم القوة الثالثة، فنحصل على محصلة الثلاثة قوى.

• تحليل القوى:

بينما تعمل قوة الجاذبية ${\displaystyle \stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{G}}$

وتنطبق المعادلة الناتجة عن تحليل القوة:${\displaystyle {\vec {G$:

${\displaystyle {\vec {F_{1 +{\vec {F_{2 ={\vec {G$

إشارة: القوتان تعادلان المحصلة في التأثير ولكن ليس عدديا

القوى الأساسية

كل القوى في الكون تنتمي إلى أربعة قوى رئيسية: تآثر قوي وتآثر ضعيف وهما تؤثران على الجسيمات دون الذرية، وتربط بين البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة. هاتان القوتان تعملان على مسافات قصيرة جدا (داخل النواة الذرية). والقوة الكهرومغناطيسية التي تؤثر بين الشحنات الكهربائية، وقوة الجاذبية التي تعتمد على الكتلة وتؤثر بين الأجسام. هاتان القوتان الأخيرتين تؤثر حتى إلى مسافات كبيرة. وتقل شدتهما عكسيا مع مربع المسافة بين جسمين أوبين شحنتين.

قوة الجاذبية مألوفة لنا فهي التي تربط بين الكواكب والشمس، وتربط بين النجوم، وتشكل المجرات وعناقيد المجرات وتشكل الكون كله. وعلى الأرض نشعر بقوة الجاذبية حيث تشدنا الأرض إليها. ونحتاج إلى صواريخ قوية للصعود إلى الفضاء ومغادرة الأرض. وإذا صعدنا إلى محطة الفضاء الدولية تحتفظ الأرض بنا أيضا حيث تجعلنا ندور في مدار حولها.

الجاذبية

أثبت جاليليوحتى تسارع الجسم الساقط ثابت بغض النظر عن كتلة هذا الجسم. اليوم يسمى هذا التسارع الناتج عن الجاذبية الأرضية ${\displaystyle {\vec {g$ وقيمته تساوي 9.81 متر لكل ثانية مربعة (عند مستوى سطح البحر) واتجاهه يشير إلى مركز الأرض. هذا يعني حتى قوة الجاذبية المؤثرة على جسم ما تتناسب طرديا مع كتلة الجسم. أي حتى جسما ذوكتلة m سيخضع لقوة وفقا للعلاقة التالية:

${\displaystyle {\vec {F =m{\vec {g$

مصادر

انظر أيضا

• قدرة
• نيوتن (وحدة)