شرح قوانين الفيزياء: السرعة والتسارع والقوة
القانون ليس الإجابة وحده. افهم ما تصفه الكميات، وحوّل الوحدات إلى نظام متسق، ثم عوّض واحكم إن كان الناتج معقولًا. هذه أمثلة تعليمية مستقلة، وليست أسئلة امتحان رسمي.
1. السرعة المتوسطة
v = d / t
إذا رمزت d للمسافة المقطوعة وt للزمن، فإن السرعة المتوسطة هنا هي المسافة الكلية على الزمن الكلي. وحدة الناتج متر لكل ثانية عند قياس المسافة بالمتر والزمن بالثانية. السرعة المتجهة تستخدم الإزاحة بدل المسافة؛ فلا تخلط بينهما في سؤال ذهاب وعودة.
مثال محلول
تحرك جسم مسافة 120 مترًا في 15 ثانية. المعطيات: d = 120 m، وt = 15 s. التعويض: v = 120 ÷ 15 = 8 m/s. لأن المطلوب سرعة مبنية على المسافة، لا يلزم اتجاه الحركة في هذا المثال.
2. التسارع المتوسط
a = (v − u) / t
يمثل u السرعة الابتدائية، وv السرعة النهائية، وt مدة التغير. في حالة القياس بالمتر/الثانية والثانية، تكون وحدة التسارع m/s². إشارة التسارع تعتمد على الاتجاه المرجعي، ولا يكفي وصفها دائمًا بكلمة «تباطؤ» من دون تحديد اتجاه السرعة.
مثال محلول
ارتفعت سرعة جسم من 8 m/s إلى 20 m/s خلال 4 s في الاتجاه الموجب. التغير في السرعة = 20 − 8 = 12 m/s؛ لذلك a = 12 ÷ 4 = 3 m/s². افحص أن الوحدة الناتجة هي (m/s) ÷ s.
3. قانون نيوتن الثاني
ΣF = m × a
القوة المحصلة، لا أي قوة منفردة بالضرورة، تساوي الكتلة مضروبة في التسارع. إذا كانت الكتلة بالكيلوغرام والتسارع m/s²، فالقوة بالنيوتن N. اجمع القوى مع مراعاة اتجاهاتها قبل التعويض عندما تؤثر أكثر من قوة.
مثال محلول
كتلة جسم 2 kg وتسارعه 3 m/s². القوة المحصلة = 2 × 3 = 6 N. لا تستنتج من ذلك مقدار قوة دفع منفردة إذا كانت هناك قوة احتكاك لم تُذكر.
أي قانون تختار؟
إذا كانت المعطيات مسافة وزمنًا فابدأ بعلاقة السرعة. إذا تغيرت السرعة خلال مدة فاحسب التسارع. وإذا طُلبت القوة المحصلة مع معرفة الكتلة والتسارع فاستخدم قانون نيوتن الثاني. هذه القوانين الثلاثة أمثلة تأسيسية وليست تغطية لكل موضوعات الفيزياء.